季莅莅,方玉明,孜乃提古丽·布尔汉,戚 举,艾昕晨

(南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院,南京 210023)

微执行器是MEMS的核心部分,它既可以为微系统提供动力,也可以成为微系统的操作和执行单元,其中静电驱动的微执行器是应用最广泛的执行器之一。在静电驱动MEMS执行器中,Pull-in现象是一个重要的影响因素,它限制了执行器的行程范围,Pull-in现象[1-9]包括静态和动态两种。

在实际的应用中,有些器件需要避免Pull-in现象,例如压力传感器[10]必须预防Pull-in现象的发生,因为两个板之间的吸合会导致短路,使器件无法继续操作。但是,在有些应用中,Pull-in现象也可以被加以利用,例如在MEMS开关[5]中,将驱动电压调至Pull-in电压附近,可以利用Pull-in现象关闭开关,从而降低了输入电压。通常,在MEMS的设计中,为了加速释放或者减小阻尼,会在平板上加工释放孔或叫做阻尼孔[11],从而减小压膜阻尼的影响。例如,在RF MEMS开关中,会采用具有刻蚀孔的穿孔结构来作为开关的释放膜,而利于膜的释放,减少驱动过程中的阻尼[12]。

MEMS执行器中的Pull-in现象一直是人们的研究热点。Farokhi H[2]等人利用Meijs-Fokkema公式建模,研究了考虑边缘场效应下,MEMS静电谐振器的动力学行为;Koochi A[3]等人基于Gurtin-Murdoch的表面弹性原理,研究了表面能对纳米桥的静态和动态Pull-in参数的影响;Liao L D[4]等人以五阶泰勒级数展开的封闭解预测Pull-in参数,研究执行器规格和压膜阻尼效应对圆形板电容式执行器Pull-in现象的影响,发现可动板厚度的变化会改变压膜阻尼效应对Pull-in电压值的影响。……