基于压电MEMS微执行器,的三大主流技术分享.doc
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1、基于压电MEMS微执行器,的三大主流技术分享压电MEMS通过单片即可实现微执行、能量收集、传感和无线通信,是应用潜力巨大的热点技术。压电MEMS微执行器能够精确、自主地执行复杂动作如直线、旋转、加速度、钳动等,以此完成对极微小器件与结构的纳米尺度精确操作。因此,压电MEMS微执行器不但能够满足集成微系统(IMS)对自测试性、微定位性和片上操控性的严苛要求,同时能够满足集成微系统对输出力矩/体积效能比、响应速度、分辨率、功耗、集成度方面的需求。2015年开始,以集成微系统任务需求为牵引,通过问题定位、技术分解,确立了基于PZT材料的MEMS微执行器研究,目前取得的研究进展包括以下几个方面:压电
2、MEMS 多自由度微振动台技术、MEMS惯性传感器自标定技术、MEMS压电微马达技术与PZT材料与微执行器长期稳定性研究。1 压电MEMS多自由度微振动台技术压电MEMS微执行器的设计难点包括了大位移与低驱动电压之间的制约、驱动负载功率与执行器薄型化之间的制约、不可避免的工艺误差带来的性能退化。针对上述性能提升难点,在不断的摸索过程中形成和发展了位移放大机构设计、叠加模态去耦设计、负载带宽优化等相关技术。同时,根据多轮次的流片与设计、版图相互调整的摸索经验,完成压电多自由度微振动台数学模型研究,建立工艺参数与器件性能的映射关系,同时结合器件设计优化,实现器件设计与工艺制备的协同优化,获得压电微
3、执行器稳定工艺流程与优异器件性能。如图1所示,制得的多自由度微振动台芯片,在位移/电压、执行器厚度方面处于国际领先水平。而微执行器薄型化、低电压、位移等指标的进步对于后续集成和应用具备重要意义。指标对比见表1。图1 (a)不同结构微振动台与(b)动态测试结果表1 微振动台性能参数及对比2 MEMS惯性传感器自标定技术MEMS惯性传感器自标定技术主要通过在MEMS惯性传感器外部集成压电微振动台和集成阵列化检测结构实现闭环控制能力,可以提供多轴高精度动态运动特征,从而实现MEMS惯性传感器使用前原位无自损标定。通过对MEMS惯性传感器零位与标度因子的漂移、非敏感轴互耦误差、陀螺仪加速度灵敏度等参数
4、获取,在使用前对长期漂移的误差进行主动补偿,能够从根本上降低对传感器长期稳定性的要求,大幅度降低其成本,极大地拓展MEMS惯性传感器应用领域。同时,这种原位自标定技术具备通用性,能够实现对不同类型与结构的MEMS惯性传感器包括加速度计、陀螺仪以及IMU的无损原位自标定。基于多自由度微振动台的进展,目前已完成MEMS加速度计和陀螺仪的自标定流程验证。并采用光学阈值检测方法,解决阵列化高精度贴片工艺技术与微弱电流检测电路设计制备问题,可实现多自由度微振动台阵列化高精度检测,下一步期望实现10 nm的振动位移精度检测。光学检测样片与检测量随位移的变化如图2所示。图2 光学阈值检测(a)阵列化结构样片
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