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《华中科技大学》 2005年
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MEMS-DMs理论设计及工艺研究

余洪斌  
【摘要】:针对自适应光学系统应用范围日益扩大过程中,对作为校正单元的可变形反射镜小型化的要求,基于最近几十年发展起来的微机电系统技术,本文着重围绕低能耗、小体积的新型可变形反射镜的建模仿真、设计及加工技术开展了一系列较为系统而深入的研究工作。 系统地介绍了微机电系统和自适应光学技术的起源、研究现状和未来的发展趋势。对国内外在可变形反射镜方面所作研究工作的进展情况进行了调研和总结。同时对微机电系统中常用的加工手段、所使用材料的制备方法及性能作了较详细的介绍。 基于体硅微加工技术设计并制作了一种新型的采用静电驱动的连续面型可变形反射镜。从薄板理论出发,依次对其结构设计、静态变形和动态响应特性进行了深入地分析。讨论了镜面材料性能以及反射镜相关结构参数如镜面厚度对变形和响应频率的影响关系。同时基于光传输理论,对可变形反射镜所具有的光调制能力进行了模拟。接着对其加工工艺进行了较系统地研究。其间着重针对湿法腐蚀、硅—玻璃阳极键合等若干关键的单项工艺开展了深入的理论探讨和实验研究,开发出了一系列新技术,最终成功完成了边长30mm,拥有49 驱动通道的连续面型可变形反射镜实验样品的加工和一些基本性能参数的测试。 设计并制作了一种能实现三种运动模式的分离式反射镜。其中首次提出了一种新型的双T 型梁支撑结构,通过建立力学模型,对其在不同受力情况下所表现出的等效弹性系数进行了推导,在此基础上完成了对性能产生重要影响的关键部位尺寸的设计。针对反射镜的不同变形情况,分别建立了简化分析模型并进行了静力学和静电场耦合的模拟仿真,获得了对应状态下反射镜的静、动态静电驱动特性及自由振动的响应频率特性等一系列重要的机械力学特性和静电致动特性。同时以3×3 微镜阵列的某一工作状况为例,对其光调制性能进行了深入分析并给出仿真结果。制订了一整套两层半表面硅微加工工艺流程,提出采用蜂窝状支撑柱和多层膜结构分别用于解决多层材料沉积过程中的结构表面起伏问题和提高反射镜表面质量。最后对所制备的反射镜在三种工作状态下相应的静态通电变形情况进行了测量并对结果作了简要分析。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH703

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 胡放荣;熊显名;;MEMS空间光调制器的研究现状与发展趋势[J];半导体光电;2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙全;基于PolyMUMPs技术的微机电变形镜的研究[D];国防科学技术大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 余洪斌,陈海清,竺子民,李俊,王忠;用于自适应光学系统的几种新型可变形反射镜[J];半导体技术;2004年05期
2 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期
3 余洪斌,陈海清,竺子民,张大成,李婷;基于MEMS技术的一种新型可变形反射镜[J];半导体学报;2004年09期
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10 余洪斌,陈海清,张大成,竺子民,李婷;基于硅微加工技术的新型变形反射镜[J];强激光与粒子束;2004年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 侯静;自适应光学波前探测新概念研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 乔大勇;基于MEMS技术的自适应光学微变形镜的设计与分析[D];西北工业大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 杨道虹,董典红,徐晨,张剑铭,阳启明,沈光地;激光在MEMS键合技术中的应用[J];半导体光电;2004年02期
4 孙晓峰,王海燕,卢景霄,李维强;大面积多晶硅绒面的制备[J];半导体光电;2004年03期
5 武智平;潘淼;庞爱锁;李艳华;陈朝;;物理冶金法多晶硅片磷吸杂工艺的优化[J];半导体光电;2011年05期
6 余洪斌,陈海清,竺子民,李俊,王忠;用于自适应光学系统的几种新型可变形反射镜[J];半导体技术;2004年05期
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10 霍文晓;徐晨;杨道虹;赵林林;赵慧;沈光地;;CF_4等离子处理在低温硅片直接键合中的应用[J];半导体技术;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘国文;薛旭;张承亮;万蔡辛;刘雪松;李丹东;;一种“三明治”加速度传感器研究[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
2 杨荣根;宋显锐;;重视实验,促进教学和科研——浅谈高校实验与教学、科研的关系[A];海峡两岸力学教学—教学经验与教学改革交流会论文集[C];2002年
3 侯治龙;黄世科;刘钟秀;钟学初;王丽军;胡金刚;周谨;赵玲;朱自安;;BESⅢ三维测磁机研制[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(上册)[C];2006年
4 颜黄苹;黄元庆;;微/纳制造与微/纳测量技术综述[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
5 肖成榕;张建寰;;微位移机构及其控制技术研究现状和发展[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
6 郭耀杰;陈焰周;;各种荷载作用下的薄板屈曲[A];钢结构工程研究(七)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2008年学术交流会论文集[C];2008年
7 王灵婕;林吉申;;功能材料在MEMS中的应用及进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
8 郭建生;;有限元法中单元类型和密度对计算结果的影响[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集(二)[C];2007年
9 胡诗杰;陈善球;杨平;张翔;杨伟;许冰;吴健;;角椎棱镜阵列对波前传感器探测精度的影响[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
10 徐海峰;张洪涛;;激光大气通信机扩大校正视场的方法研究[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
2 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
3 陶小平;基于光学成像特性的高分辨图像复原技术研究[D];浙江大学;2010年
4 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年
5 刘亮;传导冷却端面泵浦板条放大器热效应研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 何燕;半导体材料的磁性及高压相变的研究[D];浙江大学;2010年
7 田野;聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究[D];吉林大学;2011年
8 石晶;基于硅微通道板的新型三维传感器[D];华东师范大学;2011年
9 李志鹏;锌、铟、锡氧化物纳米结构的控制合成及其气敏性质研究[D];山东大学;2011年
10 吴志亮;特种小型机电引信设计及关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴涛;陶瓷微细结构的生坯加工方法研究[D];大连理工大学;2010年
2 贾胜芳;MEMS引信保险装置的制作及铸层结合强度研究[D];大连理工大学;2010年
3 孟威;薄膜集成磁件结构拓扑优化与制备工艺研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 张尔东;音叉式石英微陀螺CMOS集成检测电路设计[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 彭祖杰;数字全息三维面形检测研究[D];昆明理工大学;2008年
6 吴江宏;晶体硅太阳电池表面织构化工艺的研究[D];五邑大学;2010年
7 李国熠;硅基长波红外光波导器件的研究[D];浙江大学;2011年
8 赵新泊;基于SU-8厚胶工艺的SAR型微混合器设计及实验研究[D];浙江大学;2011年
9 巴静;基于PVDF的光刻机流场压力检测方法的研究[D];浙江大学;2011年
10 李斌斌;MEMS带通滤波器的设计研究[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期
2 王丛舜,熊春阳,杨振川,张大成,方竞;一种新型静电驱动的单轴扭转微镜[J];微纳电子技术;2003年Z1期
3 卢新然;张洪涛;王树洁;;分层共轭自适应光学系统扩大校正视场的方法研究[J];长春理工大学学报;2006年01期
4 虞益挺;苑伟政;乔大勇;李晓莹;;分立活塞式MEMS微变形镜的系统级设计[J];传感技术学报;2006年05期
5 俞信;自适应光学进展及展望[J];光学技术;1993年03期
6 江月松,王森,赵达遵,曹根瑞,胡新奇,余信;微型自适应光学系统闭环控制算法[J];光学技术;2001年03期
7 阎吉祥,俞信,赵达尊;分层校正自适应光学系统相位层析技术[J];光学技术;1996年05期
8 凌宁,张雨东,饶学军,王成,胡羿云,姜文汉;High resolution mosaic image of capillaries in human retina by adaptive optics[J];Chinese Optics Letters;2005年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 侯静;自适应光学波前探测新概念研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 李俊;传输型详查相机微小自适应光学系统研究[D];华中科技大学;2006年
3 许晓慧;基于PZT厚膜的MEMS微变形镜[D];中国科学技术大学;2008年
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5 杨华峰;用于提高自适应光学系统空间校正能力的组合变形镜波前校正技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
6 宁禹;双压电片变形反射镜的性能分析与应用研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 乔大勇;基于MEMS技术的自适应光学微变形镜的设计与分析[D];西北工业大学;2003年
2 饶伏波;基于MEMS技术的微自适应光学系统的建模及关键技术研究[D];西北工业大学;2005年
3 虞益挺;MEMS微变形镜设计及其薄膜残余应力控制研究[D];西北工业大学;2006年
4 龙学军;基于像质评价函数最优化的自适应波前控制技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
5 靳冬欢;基于随机并行梯度下降算法的波前校正技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 阎传文;自适应微镜阵列的研究[D];浙江大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姜文汉;光电技术研究所的自适应光学技术[J];光电工程;1995年01期
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3 鲜浩,李华贵,姜文汉,吴旭斌;用Hartmann-Shack传感器测量激光束的波前相位[J];光电工程;1995年02期
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5 侯静,姜文汉,凌宁;共光路共模块自适应光学系统中赝相位共轭器件应用分析[J];光学学报;2001年11期
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10 王丛舜,张为斌,方竞,崔云俊,沈健,昌盛;微电子机械系统中典型构件的力电耦合分析及其应用研究[J];机械强度;2001年04期
【相似文献】
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3 郭江;CVD金刚石薄膜在微机电系统(MEMS)中的应用[J];功能材料;2003年03期
4 贾玉斌,董海峰,郝一龙;体硅隧道加速度计[J];纳米技术与精密工程;2004年01期
5 吴鸿宾,苑伟政,常洪龙,谢建兵;MEMS CAD软件开发中参数化版图库的研究及实现[J];机械设计与制造;2005年09期
6 章磊;谢超英;吴建生;;MEMS领域中形状记忆合金薄膜的研究与进展[J];材料导报;2006年02期
7 梁浩;朱文坚;黄平;;基于MEMS的体内药物释放微机构的研制与改进[J];机电工程技术;2006年08期
8 安鹏;苑伟政;张承亮;;基于微机械加速度计的振速水听器的设计与分析[J];传感技术学报;2006年05期
9 解磊;苏伟;陈泉根;;微电容加速度计系统的设计[J];传感器与微系统;2007年11期
10 江伟雄;刘修泉;何军;黄平;;体内微机电无线能量传输系统的设计与试验[J];现代制造工程;2009年04期
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1 王晓东;余家欣;陈磊;钱林茂;;水分和氧气对单晶硅摩擦化学行为的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
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3 范承玉;王英俭;龚知本;;相位不连续点对自适应光学的影响[A];第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集[C];2001年
4 陈十一;Gary D Doolen;聂小波;;应用格子Boltzmann方法(LBM)模拟微机电系统(MEMS)中的流动[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
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7 王立鼎;;微机电系统的发展趋势及国内外研发状况(摘要)[A];中国科协2001年学术年会分会场特邀报告汇编[C];2001年
8 贾继伟;金延中;张凤翠;;浅析微机电(MEMS)系统技术及其应用[A];十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集[C];2009年
9 毛刚;顾启泰;;微型惯性测量组合的发展[A];全国飞机与船舶通信导航学术研讨会论文集(上)[C];2000年
10 郭永献;贾建援;梁丽萍;;MOMES光开关的研究现状及展望[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
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2 本报通讯员 傅雪军 本报记者 朱会伦;祖国自适应光学的骄傲[N];科技日报;2001年
3 田京;德启动“大型望远镜自适应光学”研究计划[N];大众科技报;2001年
4 本报特约撰稿 黄寰;中国之光 眩亮世界[N];四川科技报;2007年
5 本报记者 韩义雷 过国忠;无锡加快建设物联网“感知中国”中心[N];科技日报;2009年
6 阴慧娟;新型变形镜可揪出早期眼病[N];医药经济报;2007年
7 恩智浦半导体高级总监及SIP项目经理 Alain Rougier 恩智浦创新高级总监 Eef Bagerman 恩智浦营运后端创新策略总监 Caroline Beelen-Hendrikx;SoC与SiP各有千秋 两者之争仍将继续[N];中国电子报;2008年
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9 ;用事业测量人生[N];山西日报;2004年
10 曹东;我国首颗内置传感器芯片在上海张江诞生[N];中国高新技术产业导报;2009年
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1 余洪斌;MEMS-DMs理论设计及工艺研究[D];华中科技大学;2005年
2 祝捷;微机电系统自聚焦压电声学换能器[D];武汉大学;2010年
3 侯静;自适应光学波前探测新概念研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 孙全;基于PolyMUMPs技术的微机电变形镜的研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 姜春晖;自适应光学系统对活体人眼视网膜的初步观察[D];复旦大学;2003年
6 郭锐;自适应光学在月球激光测距中的应用研究[D];中国科学院研究生院(云南天文台);2007年
7 程少园;视网膜血管的液晶自适应光学成像系统设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
8 曹钟慧;应用于光通信的非硅基底光开关与光衰减器的研究[D];浙江大学;2005年
9 钟莹;微机电系统谐振器面内运动检测的激光多普勒方法[D];天津大学;2005年
10 鲍俊峰;基于微加工技术的光开关及光互连结构研究[D];浙江大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 虞益挺;MEMS微变形镜设计及其薄膜残余应力控制研究[D];西北工业大学;2006年
2 李开成;大冲程高表面质量MEMS微变形镜实现技术的研究[D];西北工业大学;2007年
3 李杨;三维无线能量传输技术在体内微机电系统中的实验研究[D];华南理工大学;2011年
4 张家如;自适应光学波前校正优化方法研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2002年
5 乔大勇;基于MEMS技术的自适应光学微变形镜的设计与分析[D];西北工业大学;2003年
6 付赛;基于DSP技术的自适应光学系统信号处理系统[D];华中科技大学;2005年
7 胡谋法;自适应光学波前重构算法研究[D];国防科学技术大学;2003年
8 张巍;微光学自适应系统中基于PZT薄膜的微反射镜单元工艺研究[D];浙江大学;2006年
9 熊建功;基于MEMS细胞电融合芯片及其外围驱动电路的设计[D];重庆大学;2006年
10 邓学亮;引信安全系统中高G值双稳态微加速度开关研究与设计[D];南京理工大学;2007年
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