通过分析力平衡加速度计的工作原理，运用解析法推导出输入惯性力与质量块位移的关系，指出加速度计的工作过程包括刚度“刚化”与刚度“软化”2种状态，有别于开环加速度计仅涉及刚度“软化”状态。以质量块位移的静电刚度与机械刚度之比作为结构的刚度耦合值，分析表明：加速度计的“刚化”与“软化”的分界点是耦合值为零的位置，而“正”刚度与“负”刚度的分界点是耦合值为-1的位置。耦合曲线的尖锐程度反映了质量块的允许位移大小和耦合的非线性度，刚度耦合的幅值越大，耦合曲线越尖锐，非线性度越大，质量块允许位移反而越小。

在分析微电子机械系统（MEMS）双轴加速度计的旋转角度测量原理的基础上,设计了基于ADIS16209的转角仪,并介绍了其软硬件实现.通过把移动平均滤波与限幅滤波2种方法组合的复合数字滤波的传感信号处理方法,提高了测量的精度.与传统的旋转角度测量方案相比,所研制的转角仪具有很高的精度、灵敏度、响应速度和性价比,实验结果及现场应用证明了它在大范围旋转角度测量中的可行性和优越性.

用微机械悬桥法研究低应力氮化硅薄膜的力学性能.对符合弹性验则的微桥进行测试,在考虑衬底变形的基础上,利用最小二乘法对其载荷-挠度曲线进行拟合,得到低应力low pressure chemical vapour deposited (LPCVD)氮化硅的弹性模量为314.0 GPa±29.2 GPa, 残余应力为265.0 MPa±34.1 MPa.探讨梯形横截面对弯曲强度计算和破坏发生位置的影响,得到低应力氮化硅的弯曲强度为6.9 GPa±1.1 GPa.对微桥法测量误差的分析表明,衬底变形、微桥长度和厚度的测量精度对最终力学特性的拟合结果影响最大.

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂.虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态.振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力.研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺).同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析.

微型机电系统技术是一个新兴的技术领域.本文介绍了微电子机械系统(MEMS)的特点和关键技术,讨论了MEMS的应用,并阐述了MEMS的发展趋势.

研制微力学测试仪,对微电子机械系统中键合结构的强度进行测试.最大载荷为1.4 N,在载荷量程为450 mN时仪器的最高分辨力为10 μN.采用键合在玻璃基底上的硅悬臂梁作为试样.为模拟横力剪切破坏和扭转破坏工况,用微力学测试仪分别在悬臂梁的固定端和自由端施加载荷至试样破坏.测得相应的破坏载荷并计算出最大剪应力.对破坏残骸的显微观察发现,存在玻璃开裂和硅开裂2种失效模式.该技术为微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)键合结构的强度表征提供一种有效方法,并可用来进行微悬臂梁或微桥的强度测试.

磨损是材料和机械失效的主要原因之一.本文介绍了近年来材料磨损性能研究的进展,磨损的几种破坏机制以及相应的磨损理论模型,并介绍了MEMS中磨损研究的现状.

论述了尺寸效应的内涵及其对微电子机械系统(MEMS)基础理论研究的重要影响;提出了广义尺寸效应、狭义尺寸效应,正效应、负效应及其判据;建立了狭义尺寸效应的分析模型,从尺寸泛函的绝对值、相对值和对尺寸的灵敏度三个方面进行泛函分析.将该模型应用到两端固支多晶硅微梁的弯曲测试,分析结果与实验相符.

基于MEMS技术体硅工艺,提出一种新型大有效面积的连续变形反射镜的设计制造方法.依工艺流程中的实际情况与结果,分析了在制造过程中遇到的大面积腔体深腐蚀中凸角腐蚀和键合中小空隙粘合等关键问题,设计实施了T形补偿角、延长驱动线等解决方案.用此方法制造出有效反射面积30mm(30mm,最大变形量1.2μm,49驱动电极的新型变形反射镜.10-200V电压范围内得到的该变形反射镜镜面变形数据与模拟结果具有很好的一致性.

介绍了MEMS器件的发展历史,国内外研究和应用现状,对国内外差距进行了比较,给出了MEMS 器件今后的一些发展趋势.同时,提出了推进MEMS 器件产业化的建议.