薄膜沉积、微米级图案化以及制造低应力薄膜的能力相结合,构成了表面微机械结构,其特征具有柔顺性,并且彼此或与基板紧密贴合。如果一个柔顺特征与相邻特征或基板接触,则表面之间可能会发生永久粘附。这可能发生在两个不同的时间。首先,当结构在牺牲释放蚀刻后干燥时,相邻表面毛细管状空间中截留的液体弯月面减少产生的表面张力可以将特征拉向彼此或基板 1, 2。强粘附力(在微力学中称为粘滞力)可能导致设备永久粘附,从而导致设备干燥后产量低得令人无法接受。表面也可能相互接触并在稍后的时间(例如在设备运行期间)保持粘连,从而导致可靠性故障。这两种故障中的后者可能成本更高。已经提出了各种机制来解释粘连的原因 1-6 。据报道,从冲洗液中沉淀出来的固体杂质会粘附两个表面,这是原因 1, 2 。结果表明,疏水设备之间的粘连的主要方式是通过范德华力,而范德华力和氢键都是造成亲水表面粘连的原因 3 。其他研究表明,多晶硅表面的吸附水是造成粘连的原因 4, 5 。静电吸引力也被认为是造成粘滞的原因 6 。有关粘滞力的综述,请参阅参考文献 2 和 3。已经做了大量工作来解决表面微机械结构中的粘滞故障 7-25 。除了保持无杂质的释放和冲洗工艺外,还应用了许多技术来提高产量和长期可靠性。冷冻升华是一种常用的提高产量的技术 7-11 。使用这种方法,将设备浸入溶剂(或溶剂混合物)中,然后冷冻。通过升华固化的溶剂(或溶剂混合物),可以避免液-气界面。Guckel 等人首次使用 MeOH 和 H 2 O 混合物进行冷冻升华来干燥微机械部件。7 。环己烷 8、9、叔丁醇 10 和对二氯苯 11 等溶剂也已升华以干燥设备。其他提高产量的技术包括使用光刻胶 12 或二乙烯基苯 13
讨论 ...................................................................................................70 方法:体外研究 ......................................................................................................70 所含材料的选择 ..............................................................................................71 加工和表面处理的选择 ..............................................................................................74 测试的选择 ..............................................................................................................79 方法:系统评价 ......................................................................................................82 研究设计 ................................................................................................................83 结果 ......................................................................................................................83 表面处理 .............................................................................................................84 剪切粘结强度:表面处理如何影响粘结强度? .............................................................................................85 失效类型 .............................................................................................................86 剪切粘结强度:胶粘剂系统如何影响粘结强度? .............................................................................................87 双轴弯曲强度:表面处理如何影响弯曲强度? ................................................................
驱动微型和纳米力学结构以共振和观察其在物理世界中的共鸣运动,导致了物理,科学,化学,生物学和工程学以及设备商业化的许多基本发现。将机械结构从微米缩小到纳米尺寸,使谐振运动能够探测材料特性和各种动力学现象。材料科学和纳米造型的最新进展导致成功证明了超高频率运行(GHz范围)和超高质量因子(100亿)微机械谐振器(MMRS)。这些结构的共振运动已被用作一种必不可少的工具,可以在原子质量单位的分辨率下称重生物学和化学物种,感觉像Zepto-Newton一样小,并检测许多其他物理参数。在这里,提供了关于谐振传感转导的系统观点,基本的物理学以及使用微/纳米机电系统(MEMS/NEMS)技术实现的感测结构。还描述了纳米材料和结构的作用,纳米制作和理性设计在MMR的共振频率和质量因子上对高性能感测的作用。本文讨论了用于材料表征以及生物,化学和物理感测的MMR发展的最新进展。最后,本文讨论了具有高质量因子量子传感的谐振传感器的挑战和观点,以及用于量子传感的高质量因素,以及用于经典感应应用的超高灵敏度和分辨率。
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摘要:最近,应用于千分尺范围的添加剂制造过程(AM)过程受到宏观综合方法的影响以及数字设计和自由形式制造的吸引力。AM与常规微机械系统(MEMS)制造过程的其他步骤仍在进行中,此外,为此领域的专用设计方法的开发正在开发中。各种各样的AM过程和材料导致有关过程尝试,设置细节和案例研究的大量文档。但是,AM方法的快速和多技术发展将需要对过程的特定优势,限制和局限性进行有组织的分析。本文的目的是对微观尺度上的AM过程提供最新的总体视野,并组织和消除相关的表演,能力和决议。
表面微加工成功的光学应用之一是开发静电驱动微机械镜阵列(协调、可移动的反射或折射元件的大规模并行阵列),用于投影显示系统。1 每个元件都是一个镜段,用作较大显示器中的一个像素,元件的驱动使用二进制数字控制信号并行协调。在这样的系统中,已经证明简单微机械致动器的制造成品率可以接近 100%。此外,已经确定可以实现电子器件与微机电系统(MEMS)阵列结构的大规模集成。这种集成是通过在平面化的 CMOS 电子阵列上构建 MEMS 结构来实现的。已经提出了这些基本概念的几种扩展,以便开发用于自适应光学系统的表面微机械连续膜可变形镜。在自适应光学中,重要的是可变形镜既连续又可精确调节。本文描述的设备是使用表面微机械技术制造的第一种连续镜。� 体微机械连续镜之前已经展示过。2 � 表面微机械镜已在波士顿大学设计、制造和测试。该设备由单个柔性光学膜组成,该膜由多个附件支撑,这些附件位于底层表面法向静电致动器阵列上。两个特点将该设备与以前的表面微机械镜系统区分开来。首先,镜面是连续的,而不是分段的。因此,致动器的局部变形会导致镜面平滑偏转,表面轮廓没有不连续性,没有因分段边缘而产生的衍射干涉,也没有因填充因子低于 1 而导致的光强度损失。此外,新的可变形镜面装置可以精确、连续地控制镜面元件
湿度是多晶硅微机械摩擦表面磨损的一个重要因素。我们证明,非常低的湿度会导致非常高的磨损,而可靠性不会发生显著变化。我们表明,产生的磨损碎片的量是空气环境中湿度的函数。随着湿度降低,产生的磨损碎片增加。对于较高的湿度水平,表面氢氧化物的形成可能起到润滑剂的作用。主要故障机制已被确定为磨损。磨损碎片已被确定为非晶态氧化硅。在低湿度水平下观察到的大碎片(长度约为 1 微米)也是非晶态氧化硅。使用透射电子显微镜 (TEM),我们观察到磨损碎片形成球形和棒状。我们比较了两种表面处理工艺:氟化硅烷链 (FTS) 和超临界 CO 2 干燥 (SCCO 2 )。在两种湿度水平下,使用 SCCO 2 工艺的微型发动机的可靠性低于使用 FTS 工艺发布的微型发动机。
追求更小的光斑尺寸一直是全球许多核微探针小组的目标,因此需要高质量的分辨率标准。此类标准必须与最先进的核微束光斑尺寸的精确测量相一致,即对于卢瑟福背散射光谱和质子诱导 X 射线发射等大电流应用,光斑尺寸为 400 nm,对于扫描透射离子显微镜或离子束诱导电荷等低电流应用,光斑尺寸为 100 nm。因此,构建高质量核微探针分辨率标准的标准非常严格:该标准必须是三维的且表面光滑,边缘清晰度优于最先进的束斑分辨率,并且侧壁垂直。质子束微加工 (PBM) 是一种具有巨大潜力的制造精确 3D 微结构的新技术。最近的发展表明,可以从这些微形状中形成金属微结构(镍和铜)。新加坡国立大学核显微镜研究中心已经制造了镍 PBM 分辨率标准原型,这些新标准在表面光滑度、垂直壁和边缘清晰度方面远远优于许多团体目前使用的 2000 目金网格。使用 OM2000 微探针终端站/HVEE Singletron 系统使用新 PBM 标准进行的光束分辨率测试结果显示,对于 50 pA 2 MeV 质子束,光斑尺寸为 290 nm 450 nm。2002 年由 Elsevier Science BV 出版
摘要 混沌系统具有复杂且不可再现的动力学,在自然界中随处可见,从行星之间的相互作用到天气的演变,但也可以使用当前的先进信号处理技术进行定制。然而,由于底层物理涉及动力学,混沌信号发生器的实现仍然具有挑战性。在本文中,我们通过实验和数值方法提出了一种从微机械谐振器生成混沌信号的颠覆性方法。该技术通过调节施加到非线性区域中谐振器的驱动力的幅度或频率,克服了控制微/纳米机械结构中屈曲的长期复杂性。混沌状态的实验特征参数,即庞加莱截面和李雅普诺夫指数,可直接与不同配置的模拟进行比较。这些结果证实,这种动态方法可转换到任何类型的微/纳米机械谐振器,从加速度计到麦克风。我们通过将现成的微隔膜转变为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数生成器,展示了利用混沌状态的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新的途径,将混沌的独特性质与微结构的卓越灵敏度相结合,从而产生新兴的微系统。
摘要我们介绍了利用激光多普勒振动仪(LDV)技术的基于氮化铝(ALN)的压电微压超声传感器(PMUT)的非线性。在谐振频率上工作的PMUT将压电层激发到了强非线性区域。观察到非线性现象,例如频移和非平面外位移幅度。使用压电非线性的数学模型用于分析非线性行为,并随后获得了二阶压电系数。在PMUT非线性产生的大约120个谐波下,在相对较高的电压的单色AC信号下实验获得。此外,可以精心控制谐波的数量。开发了三种不同的应用程序来利用声学混合微型系统和射频(RF)领域中的谐波世代。ALN压电非线性的观察和分析可能有益于基于Aln薄片的PMUT的进一步理解。我们认为,生成的谐波可以在信号处理和调制中的多种应用中使用。