基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器的设计和仿真分析.pdf

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1、单位代码：１０２９３密級：‘＾弓？部＾主今嗦著１硕女《像讼Ａ％．曜＇．＇＾ｈ－－—－，７■年＞－ＴＪ，ｆｌ论文题目：基于赶基氮化锭的静电梳状微驱动器的设计和仿真分析学号］０１２０３０９２６姓名郑煌曼导师胡芳仁教授学科专业光学工程硏究方向化电子器件申请学位类别工学硕ｄ：论女提交日期２０１５年３月？■；＇■．ｒ－？＇■－｜ｉＨ如？．＇．、．、、Designandsimulationana

2、lysisofelectrostaticcomb-driveactuatorsbasedonSi-basedGaNThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhengHuangyanSupervisor:Prof.HuFangrenMar2015南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学化论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地

3、方外，论文中不包含其化人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育化构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢患。…切相关的法律责任本人学位论文沒涉及相关资料若有不实，愿意承担。研巧生签名；诞名日期：識專础如南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子文档；化许论文被查阅和借网；可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索：可科采用影印、缩印或扫描等复制手段保

4、存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文一致的内容相。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研巧生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。耐、＊Ｍ研巧生签名：导师签名日期：．耗ｙ气摘要光微机电系统作为微机电系统的重要分支，已经在日常生活和工业中得到了广泛的应用。随着光电子器件的多功能化、小型化、集成化以及光通信技术的发展，光微机电系统将得到进一步的发展。与此同时，基于氮化镓半导体材料而开发的发光二极管(LED)和激光二极管（LD）已经进入市场，而且其市场前景巨大。因此把具有连续波长分布的氮化物发光器件集成到硅基光微机电

5、系统从而制备新型光微系统或光电子器件成为一个具有广阔前景的新研究领域。微驱动器作为光微机电系统中的一个核心组成部分，由于氮化镓材料在光微机电系统中具有重大的应用前景，对基于氮化镓微驱动器的研究是必不可少的。在微驱动器中，由于静电驱动结构简单、制作工艺成熟等特点在微机电系统中应用最为广泛。本文对基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器展开研究分析。首先概述了微机电系统的发展现状和特点，介绍了课题的相关研究背景和意义，对静电微驱动器以及基于氮化镓的静电微驱动器的发展现状进行了介绍，详细阐述了静电微驱动器的原理以及面临的挑战。然后利用有限元软件COMSOLM

6、ultiphysics分别对二维和三维结构的氮化镓静电梳状微驱动器进行了建模仿真，在20V驱动电压下，两种结构的静电微驱动器的驱动位移大小分别为1.21μm和0.34μm。分析讨论了微驱动器主要的结构参数以及所施加的驱动电压对驱动位移的影响。同时利用有限元模态分析方法对氮化镓微驱动器的运动模态进行了分析，得到了所设计的静电梳状微驱动器的前六阶模态的固有频率以及相对应的模态振型，并具体分析了各个模态的运动方向以及扭转变形情况，通过结果的比较分析，得到了微驱动器的工作模态，确定其固有频率为58.6KHz。本文最后设计了一种基于硅基氮化镓的静电梳状微

7、驱动器的可调微镜，通过改变施加的驱动电压方式，能够实现微镜在水平面内以及垂直方向上的正交可调，理论分析了这种正交驱动情况下的耦合位移，然后通过仿真与非耦合情况下的驱动位移进行对比分析，结果发现，在小电压范围内，两者的驱动位移相差不大，但当驱动电压增加后，由于边缘电场的增强，导致耦合情况下的驱动位移要大于非耦合情况下的驱动位移。关键词：微机电系统，静电微驱动器，氮化镓，模态分析，微镜IAbstractAsanimportantbranchofmicroelectromechanicalsystems,opticalmicroelectromech

8、anicalsystemshavebeenusedincommomlifeandindustry.Withthedevelopmentofthemul