基于多构型微热驱动阵列的MEMS器件稳定性提升机理与方法研究

MEMS器件在高尖端武器装备中未得到广泛应用的主要原因是器件稳定性达不到应用要求。目前提高MEMS器件稳定性的主要手段是被动补偿，但是，由于元器件的温度特性建模难度大，采取补偿的方法不可避免的会存在测量误差和控制滞后，MEMS器件仍然难以达到高稳定性。针对这一问题，提出了一种提高MEMS器件稳定性的新方法- - 利用微热驱动阵列调节和控制MEMS器件力学特性。本项目主要围绕微热驱动阵列的设计理论、工作机理、加工工艺和应用技术开展研究工作。主要研究内容如下：（1）微热驱动单元设计与建模；（2）微热驱动阵列典型构型设计及其场效应分析；（3）多构型微热驱动阵列对基本微结构力学特性的调节作用；（4）微热驱动阵列加工与测试；（5）微热驱动阵列在高性能微陀螺中的应用。项目的研究成果将会为实现高稳定性MEMS器件提供新的思路。

根据项目研究计划，课题主要完成了以下研究工作：首先，针对多构型微热驱动阵列的结构设计、加工工艺等进行了深入研究，完成了基于SU-8聚合物微热驱动阵列的制作；在此基础上，研究了典型微热驱动阵列对基本MEMS结构力学特性的调控机理，完成了微热驱动阵列基本性能的系统测试和分析；针对热驱动阵列开环控制不准确等难题，创新性地提出了利用微加热电阻自身阻值随温度变化的特性进行驱动结构热变形的在线标定和测试新方法。最后，通过把微热驱动阵列和典型的MEMS板状进行集成，有效验证了微热驱动阵列对MEMS器件的调控特性。.通常而言MEMS传感器不同于IC器件，它是在半导体的基础上发展和继承而来。正如其名字所示，MEMS传感器是依靠振动的微机械部件进行工作的。这些微机械结构尺寸微小，其形状和尺寸参数的稳定性在很大程度上决定了微机械传感器的最终性能。因此在前期工作基础上，对MEMS器件关键的结构参数和指标进行了有针对性的调控，如结构面形误差等可对器件性能进行改善。.研究结果表明，本课题提出的微热驱动阵列满足了预期的设计指标，并能在提升典型MEMS器件性能发面发挥潜在的作用。总体而言，项目进展顺利完成了预期的研究内容，在此基础上开展了初步的应用，并达到了较好的效果。