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微小机械系统期末总结

第一章

1微机电系统(Micro Electro Mechanical System):是由电子和机械组成的集成化器件或系统,采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造,尺寸在微米到毫米之间。2、MEMS主要包括微型传感器、微型执行器以及相应的处理电器组成。

3、微机电系统现状和发展特点(1)器件微型化,集成化,尺寸可达亚微米数量级。(2)功能多样化,智能化。(3)功能特殊性。(4)能耗低,灵明度高,工作效率高。(5)多学科交叉。

4、微机电系统与普通机械的区别(1)两者的设计和制作方法不同(2)控制方法和工作方式不同(3)与环境的关系不同(4)不可忽略的尺度效应。

5、微机电系统和集成电路和微电子都有非常大的差异如下。(1)相对微电子,MEMS包括很多不同的材料(2)相对微电子,MEMS设计要面对大量的各种各样的功能,而微电子仅限定于电子功能设计(3)很多MEMS包括可动部分,如微型阀门,微泵、微马达和微齿轮等(4)集成电路主要是二维结构,被限制在硅芯片表面(5)微电子中的集成电路在封装后腰与环境绝缘,但是MEMS中的敏感元件和一些核心元件要与工作介质接触,这导致MEMS封装要比微电子封装复杂的多(6)微电子的制造和封装目前是成熟技术,有规范成为的工业标准。第二章

1 MEMS中核心元件包括传感或执行元件,信号传输单元。

2 电容效应极距变化型(非线性关系)、面积变化型、介质变化型。

3、电容传感器应用与特点:电容式传感器广泛应用在位移、压力、流量、液位等的测试中。在MEMS传感器中,利用电容效应可制作成微压力传感器和微加速度传感器。主要优点:(1)输入能量小而灵敏度高,(2)电参量相对变化大,稳定性好。(3)动态特性好。(4)能量损耗小。(5)结构简单适应性好(6)与工作温度无关。主要缺点:(1)非线性大。(采用差动式结构非线性可以得到适当的改善,但不能完全消除)2)电缆分布电容影响大。

4、压阻效应:半导体材料受到应力作用时,其电阻率会发生改变,这种现象称为压阻效应。压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关,还与晶向有关。

5、压阻效应的应用与特点:利用半导体的压阻效应,可以制作成各种半导体压力和加速度微传感器。主要优点:1)灵敏度非常高,有时传感器的输出不需放大可直接用于测量。2)分辨率高:由于它是一种非机械结构传感器,因而分辨率极高。3)体积小、结构较简单,成本低,易于微电路集成,适合采用微加工技术制作。4)可测量低频加速度和直线加速度5)无活动部件,耐振动,耐腐蚀,耐干扰,可在恶劣的环境中工作。最大缺点是温度误差大,须温度补偿或恒温条件下使用

6、压电效应:某些物质,当沿着一定方向对其加力而使其变形时,在一定表面上将产生电荷,当外力去掉后,又重新回到不带电状态。而且,晶体受力产生的电荷量与外力成正比,这种现象称为压电效应。

7、逆压电效应:如果在这些物质的极化方向施加电场,这些物质就在一定方向上产生机械形变或机械应力,当外电场撤去时,这些变形或应力也随之消失,这种现象称为逆压电效应,或称为电致伸缩效应。

8、可以把压电式传感器等效成一个与电容相并联的电荷源,也可以等效为一个电压源与电容串联。

9、压电式传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小,因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器,作用是:一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗;二是放大传感器输出的微弱信号。

10、压电效应的应用与特点:压电材料主要的压电效应/逆压电效应分为纵向效应、横向效应和切向效应三种。压电式微传感器/执行器主要利用纵向效应,可用于各种动态力、机械冲击与振动的测量,以及声学。医学、力学、宇航等方面都有非常广泛的应用。

11、压电效应应用特点:优点:响应速度快,从微秒到毫秒的范围;输出力大,可达数千帕;微小位移输出稳定,非常适合制作微执行器元件;体积小,重量轻,刚性好,可以提高其固有频率,得到较宽的工作频率范围;灵敏度高,稳定性好,可靠;有比较理想的线性,且通常没有滞后现象,有比较理想的线性,同时技术已经成熟。缺点:低频特性差,主要用于动态测量;存在横向效应,影响测量结果;应用中要求采取严格的绝缘措施,且制作工艺复杂,与集成电路工艺兼容性不太好。

12、热力驱动广泛应用于微阀门、微夹子、微泵、微马达等。在MEMS领域内,一般有以下三种主要方式的热微执行机构:(1)双变体结构、(2)弯曲梁结构、(3)热空气结构。

13、双变体结构是把两片热膨胀系数不同的金属结合成三明治结构。受热时,由于一片件数的热膨胀量大于另一片,双金属片将向热膨胀量小的一方弯曲。

弯曲梁结构是用不同尺寸同一种材料组成的双梁结构,在电极上加以适当的电压,冷臂、热臂和弯曲段,由于热臂的面积比冷臂小得多,所以其电阻大,进而发热量比冷臂大得多,因此有较大的热膨胀量,整个结构将向冷臂

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