多晶SiC梳齿驱动器的结构分析与优化设计

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微机电系统(MEMS)基于现代科学技术微型化和智能化的发展趋势而产生,由微驱动器、微型传感器、信号处理和控制电路组成。作为MEMS的核心器件,微驱动器既要求材料性能优越,又要求应用设计尽可能合理。作为目前MEMS中普遍使用的Si材料,不能用于诸如高温,强辐射和强腐蚀性等极端环境下。碳化硅材料以其优越的电学、机械和化学性能成为替代硅材料的首选材料,受到越来越多研究者的关注。论文针对目前微执行器发展的趋势和需求,对多晶碳化硅材料静电梳齿驱动器,采用有限元分析方法进行了结构分析与优化设计。主要工作如下:第一,通过对目前MEMS发展状况,碳化硅材料的特性及其在MEMS中应用现状的分析,论证了设计分析多晶碳化硅材料静电梳齿驱动器的必要性。通过对静电梳齿驱动器原理的深入分析,获取了设计中用到的一些关键参数及指标。第二,使用有限元分析软件,建立10梳齿多晶碳化硅静电梳齿驱动结构的有限元模型,对该结构进行模态分析,得到了前6阶固有频率和振型。并将该结构与相同几何参数的硅静电梳齿驱动器进行了比较,结果表明,前者具有较高的固有频率,与理论预言相符合。通过对不同参数的多晶碳化硅静电梳齿器进行模态分析,系统分析了不同参数对结构固有频率的影响,为优化设计提供理论依据。第三,根据静电梳齿驱动器的性能指标,利用有限元软件,首先对多晶碳化硅静电梳齿驱动器的固有频率进行优化设计。其次,特别针对灵敏度进行了优化设计,得到灵敏度较高的结构参数。最后,在模态分析的基础上,对多晶碳化硅材料静电梳齿驱动器采用简化模型(ROM),进行谐响应分析,谐振频率为113KHz,与模态分析结果相符。在10V驱动电压下最大位移达到0.11um。说明了设计的正确性。
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