研究压电MEMS器件在周围的操作系统和电子电路。
压电是某些材料的属性成为电极化下的应变和应力。这种现象已经被广泛的研究,因为它在mid-18首次被发现th世纪。压电材料可以产生电荷在回应一个应用机械应力和还可以产生机械应力在一个应用电荷。这些材料提供了一个直接的双向的信号转导的机械领域的电气领域,反之亦然。
加工和生产压电材料是具有挑战性的。事实上,化学计量学(化学反应材料控制)和形态(物理结构控制)是至关重要的参数在压电材料生产,和压电结晶过程的精确控制是必需的。此外,常用的压电材料流程通常包括材料不符合标准CMOS技术。这曾使它很难压电元素融入更大的CMOS电路。开发低成本、高质量的沉积过程产生压电材料在过去的几十年里取得了显著进展。化学溶液沉积模式和铁电锆钛酸铅、钛)的电影,例如,使得压电材料融入MEMS-based传感器成为可能。
许多商业成功的MEMS设备依靠机械部件的位移操作静电领域,包括MEMS-based运动传感器的数量。Piezoelectric-based MEMS提供更直接的和线性驱动和检测比传统基于静电驱动机制。有各种各样的piezoelectric-based MEMS产品,包括麦克风、扬声器,陀螺仪,能量收割机,模拟镜子等等。这些压电应用MEMS技术的每个可以设计和使用进行了研究CoventorMP。
CoventorMP是一个高度parametrizable设计平台,致力于稳定的物理模拟。其大量的线性和非线性分析能力使一个完整的研究压电设备。CoventorMP还包括一个MATLAB仿真软件界面系统设计,为集成电路设计以及节奏的接口,所以,压电式MEMS装置的操作可以在周边系统研究和电子电路。
图1说明了使用CoventorMP压电能量收割机的研究。捏造MEMS-based能量收割机,压电换能器设计最大化的生成电能。图1中所示的示例中,一个浮动的质量是连接到一个固定质量使用悬挂梁(类似于在游泳池跳水板)。压电片和两个电极层沉积在悬架梁的顶部。梁的物理变形(通过运动)将生成一个当前2电极上沉积的光束,由于压电薄膜的存在。在图1中(左),1圣共振模式MEMS-based能量收割机。谐振模式发生在压电堆栈伸展拉回到自然共振频率接近的梁结构,这样一个大位移(和更多的能量)可以有效地获得。在图1中,中心的降维模型MEMS装置(大块)显示在一个节奏电路模型。的电响应压电装置在其较大的电路显示在最右边。CoventorMP可以用来设计一个MEMS-based能量收割机和预测它的电响应硅前测试。
图1:从左到右。左:第一共振模式的能量收割机。中心:电路设计包括MEMS组件。右:输出电阻的电压瞬态分析。
一些MEMS-based压电传感器是用来开动(或移动)微尺度结构。作为一个例子,MEMS-based微镜使用压电力微米尺寸的镜子。这些使用了微尺度镜光学收集和显示应用程序中,可以发现在产品,如视频显示投影仪和激光雷达传感器用于自主车辆控制。微镜的设计如下所示(图2)是由把一个正方形镜子上的转子。厚梁两侧的镜子有一个压电层之上,用于应用(力)转子。由于这种作用力,镜子将在一系列旋转,可以精确的确定和控制。
图2:压电µ-mirror。
总之,压电材料是高能量密度材料规模小型化非常有利。有一个使用压电膜的MEMS应用领域越来越感兴趣。然而,重要的设计和材料加工问题需要克服增加压电MEMS器件的效率。新的和先进的压电材料将使小说压电MEMS的设计产品和提供更多与CMOS集成电路和先进低功耗应用程序。
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