基于图形化soi衬底的氮化镓微驱动器的研究

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5、EngineeringByLvFanminSupervisor:Prof.HuFangrenFebruary2016摘要光微机电系统（MOEMS）由于其微型化、可集成化、可批量生产等优点成为21世纪研究的热点，广泛应用于光通信系统、光学显示、光电子器件等领域，推动了通信、医疗、军事、航空航天等事业的快速发展。作为MOMES的驱动单元，静电梳齿结构微驱动器的研究具有巨大的现实意义。另外，第三代宽半导体材料氮化镓具有宽直接禁带、发光性能优异，在高温、高频、大功率工作条件下性能优越等优点，成为MOEMS的理想材料。氮化镓的生长基片主要是蓝宝

6、石、碳化硅、硅/SOI基片。由于SOI基片上可以生长出较大面积的氮化镓薄膜，且与硅的微加工技术兼容，SOI基氮化物的新型集成器件可能成为一个有发展前途的研究方向。因此，本文对基于图形化SOI衬底的氮化镓静电梳状微驱动器进行了研究。本文利用COMSOL有限元软件对硅基GaN静电驱动器进行了建模仿真，分析了结构参数对静电梳状微驱动器性能的影响。对硅基GaN静电驱动器的前六阶模态的本征频率与振型进行了分析，得到一阶模态和三阶模态。在硅基GaN静电驱动器研究的基础上，设计了基于SOI衬底的氮化镓可动微光栅，该光栅利用静电梳状驱动器，在水平和垂

7、直方向实现正交运动。利用导模共振理论对光栅进行了仿真，得到共振峰在25.742μm的光栅设计。从理论上对水平与垂直位移进行了公式推导，然后用COMSOL软件仿真优化，并对氮化镓可动微光栅进行了模态分析。器件设计完成后，在图形化SOI衬底上采用分子束外延生长氮化镓从而完成该器件的制备。最后，通过实验测试了微光栅在驱动器带动下产生的位移。水平位移的理论值与实际值之间存在偏差，而垂直位移与电压的平方呈线性关系。为了研究在图形化SOI衬底上采用氮化镓分子束外延得到的多量子阱的光学性能，用激光拉曼光谱仪测试了氮化镓膜的光致发光光谱，并对光谱进行

8、了分析。关键词:微机电系统，梳状静电微驱动器，图形化SOI衬底，氮化镓，光栅IAbstractDuetoitsadvantagesofminiaturization,monolithicintegrationandmas