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MEMS微结构几何特征提取与评定的方法

胡凯  
【摘要】:近几年来微机电系统(MEMS)蓬勃增长,越来越向微小化发展,以其自身的体积小、重量轻、功耗低、速度快、灵敏度高等优点受到世界各国的青睐,被迅速而广泛地应用于航空航天、军事、生物医学、信息、自动控制等领域。MEMS测试计量理论与技术、MEMS测试计量基本框架的确立是MEMS设计、制造及质量控制和评价的关键环节之一,目前还很薄弱甚至于处在真空期,迫切需要进行系统而深入的研究。本论文针对MEMS微结构特征测试计量关键理论与技术展开研究,主要研究MEMS微结构特征的分析、提取、表征和评定方法,包括基准面数学模型构造,微结构功能特征区域分割技术,从而初步建立MEMS微结构几何特征的评价标准体系。 论文首先通过多种类型MEMS器件结构特点和加工工艺特性的分析,提出了MEMS微结构表面特征的主要分类。一类为台阶,沟槽和狭缝;另一类为半球体,圆柱体或自由曲面体基元组成的周期性阵列。这两类微结构特征是具有典型性和代表性的MEMS几何特征,也是MEMS测试计量的关键,从而建立了MEMS几何特征分析评定的重要基础。 提出并建立了基于最小二乘和B样条理论的MEMS微结构基准面算法模型,用基准面这一理想的几何要素来评定微结构在MEMS器件中的位置及微结构各个尺度参数,从而实现多样性MEMS微结构评定基准面的有效准确提取。 提出并建立了基于Wolf Pruning的MEMS器件微结构功能特征区域分割方法。该方法在分水岭算法的基础上使用符合拓扑学三大定律的修剪规则,加快了区域准确性。相比之前的图像分割方法,该理论不仅在数学上具有拓扑理论的完备性,而且抗噪能力好,鲁棒性高。 提出了基于功能的MEMS微结构几何特征评定参数系列,并给出了各参数的定义、评定方法。 基于本文提出的MEMS微结构几何特征分析评定方法,给出了两类典型MEMS微结构特征分析与评定实例,得到了相关参数,并分析了这些参数对MEMS器件关键功能的影响。


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