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三维成像激光雷达在众多领域都有着广泛的应用前景,小型化是其重要的发展方向。MEMS扫描镜具有尺寸小、成本低、扫描频率高、响应速度快等优点,是近年来小型化三维成像激光雷达的重要研究方向。本文从MEMS扫描镜的基础理论、工作原理、结构设计、工艺加工和性能测试等方面展开了比较深入的研究,主要研究内容如下:1.静电驱动MEMS扫描镜的基础理论研究。对残余应力以及残余应力自组装的方法进行了分析讨论;对残余应力对镜面的影响、镜面面型控制以及多层薄板的镜面结构模型均进行了分析讨论;对MEMS扫描镜的最大扫描角、镜面尺寸和扫描频率这三个关键参数均展开了讨论。2.MEMS扫描镜研究。提出了一种基于残余应力自组装技术的静电驱动MEMS扫描镜,该扫描镜主要由中心镜面、弹性扭转梁和悬臂梁组成。悬臂梁具有残余应力自组装的功能,可以提升镜面的高度,达到增大扫描镜扫描角度的功能。利用表面工艺制备了样品,然后利用热退火技术,在金层中引入了拉应力,进一步提升了镜面的高度。通过一系列的热退火实验,得到了不同温度热退火处理后金层的残余应力值;并对多晶硅悬臂梁应力测试结构测试应力的公式进行了推导。经过200°热退火处理后的MEMS扫描镜,在145V驱动电压下可获得±3.6°的最大扫描角。3.MEMS扫描镜阵列研究。提出了一种静电驱动MEMS扫描镜阵列,该阵列由37个单元结构为六边形的扫描镜单元呈六边形排列而成,每个扫描镜单元均可以实现二维扫描的功能,通过统一控制可以使扫描镜阵列实现二维扫描的功能。扫描镜单元由驱动器和镜面两部分组成,驱动器结构具有残余应力自组装的功能,既可以实现倾斜运动也可以实现上下平移运动。首先利用表面工艺加工了扫描镜的驱动器阵列和镜面阵列,然后利用体硅键合工艺将驱动器和镜面键合到一起,最后通过释放工艺得到扫描镜阵列。经过200°热退火处理后的扫描镜驱动器平移运动时能获得的最大位移量约为4.05μm,对应的驱动电压为45V;驱动器倾斜运动时能获得的最大偏转角度为0.8°,对应的驱动电压为60V。本文的研究成果对MEMS扫描镜的结构设计、工艺加工和实验测试具有重要的参考价值,对我国三维成像激光雷达技术的发展有一定的促进作用。