微梁传感器弹性模量的测试

利用一种静态和两种动态的检测技术,对红外辐射探测微悬臂梁式传感器材料的弹性模量进行了测试研究.在静态检测实验中,利用纳米硬度计直接测出传感器材料的弹性模量;在动态实验中,分别利用谱平面光学滤波法和多普勒测振仪得到微悬臂梁传感器结构的固有频率,再结合数值模拟计算求出传感器的等效弹性模量.通过几种检测结果的分析和比较,获得了更加精确的微梁传感器单元的弹性模量值,为微梁的优化设计和评估提供了可靠的参数.     

光学读出红外成像研究进展

介绍红外成像技术的发展与应用,着重评述中国科学技术大学近代力学系光测实验室从事光学读出非制冷红外成像技术课题的研究进展.提出了刀口滤波法测量微梁阵列FPA(focus planearray)变形的高灵敏光学检测法,将微梁单元的热致转角变形转变为像平面上微梁像的灰度变化,从而获得微梁阵列转角变形表示的FPA上的热像;针对提出的测量方法,设计制作出相应的无基底多回折间隔镀金腿变形放大FPA;在研制的原理样机上实现了室温物体红外成像;是国际上第三个实现新概念光学读出红外成像、国内第一个实现自主核心芯片非制冷红外成像及其系统研制的课题组,热成像指标已达到:温度分辨率100 mK,感热像素尺寸60μm,相关技术指标处于国际领先,研究工作已申请了12项发明专利,并有4项已获得授权.     

微悬臂梁阵列传感系统的性能分析

对微悬臂梁阵列传感系统的一致性进行了研究。以改变温度作为激励手段,在微梁阵列检测装置上分别检测了2种微梁阵列在升温与降温时的热响应。无论是升温还是降温,2种微梁阵列的尖端位移都与温度变化成线性关系。发现2种微梁阵列升、降温检测时微梁阵列传感系统都表现出良好的热响应一致性。另外,利用单梁检测装置对其中1种微梁阵列进行了热响应检测,其热响应灵敏度与微梁阵列检测装置检测结果一致,验证了2种微梁传感装置的可靠性。微梁阵列传感系统良好的热响应一致性为将来微悬臂梁阵列用于生化传感奠定了基础。     

基于微悬壁梁结构及抗体-微磁球技术的生化免疫传感器的设计与优化

针对能从大量待检测的生物分子群中,高分辨性及量化检测出某种特异性生物分子的新型免疫传感器的研制,采用有限元分析方法及完整的理论数学模型,设计仿真出这种基于悬壁梁结构及抗体微磁球技术的新型生化免疫传感器,同时实现传感器的可复用性.特别是,此种免疫传感器很容易通过微细加工技术进行批量生产.执行控制电路、读出电路及传感器利用CMOS技术集成在同一芯片上,实现片上集成微系统.针对U型悬壁梁的结构进行了优化设计,结合经典力学的悬壁梁静态应力分布及考虑1/f噪声、白噪声,推导出了U型悬壁梁结构所需的传感器灵敏度、最小感应力,建立了仿真数学模型.应用ANSYS、matlab、femlab等有限元分析软件,设计仿真出悬臂梁表面的微电磁场分布规律.从而得到实现抗体-微磁球技术所需的微电感线圈结构.     

牺牲层腐蚀技术在微悬臂梁器件制作中的应用

以微悬臂梁的制造工艺为例,探讨了MEMS中的牺牲层腐蚀技术,对牺牲层材料的制备方法和腐蚀牺牲层材料得到微悬臂梁结构等工艺中的关键与核心技术作了详细阐述,从腐蚀机理的角度探讨了腐蚀速率及其影响因素。     

In-plane load measuring technique for the strength test of MEMS micro-cantilever

An in-plane load measuring technique is developed to perform the strength test of the micro-cantilever. Based on electromagnetism theorem, Micro UTM (Universal Testing Machine) was in-house made with the load range ±1 N and the displacement range ±300 μm. It applies an in-plane load on the free-end of the micro-cantilever. The load acts as a bending moment for the root of the cantilever, but as a torque for the anchor. The results show that for samples with different sizes the ultimate loads range from 1.3 to 69.8 mN and the calculated torque is ap-proximately proportional to the square of the bonding length. Two failure modes, fracture at the root of the cantilever and fracture at the anchor, are observed by micro examination to the debris, which indicates that there is a critical design to achieve the strength bal-ance between the cantilever and the anchor. The work demonstrates that Micro UTM is a powerful in-strument for the strength test of the micro-cantilever and similar micro-structures.     

基于数字相关法初始值优化的微悬臂梁弯曲变形与应变测量方法

提出了一种基于数字相关法初始值优化的微悬臂梁弯曲变形与应变测量方法.基于放大的微悬臂梁表面的纹理特征,在尺度空间内进行特征点的测量与匹配,在特征点处进行高阶的数字相关法计算以得到变形参数;将特征点处的变形参数进行二维插值运算以得到任意像素点处变形参数的初始值;采用牛顿拉普森迭代方法计算在特定网格点处的变形参数,进而得到网格点处的位移和应变.通过仿真变形图像的计算结果来确定数字相关法的设定参数,对实际的微悬臂梁变形图像进行应变场计算,并与有限元法的计算结果进行比较,以验证所提出方法的有效性.     

在EPW中采用(100)硅制作微悬臂梁凸角补偿及工艺研究

(100)硅片在EPW腐蚀液中进行各向异性腐蚀时,因在(111)侧面相交的凸角处出现一些腐蚀速率较高的晶面,使微悬臂梁凸角掩膜下的硅受到侧向腐蚀,出现严重的凸角削角现象.研究采用EPW腐蚀(100)硅片制作微悬臂梁的凸角补偿方法及制作工艺,给出采用圆形掩膜对(100)硅凸角进行补偿.实验结果表明,该方法能够较好的完成对EPW腐蚀液中悬臂梁凸角削角的补偿。