一、基于微电子机械系统技术的高灵敏度电容式微传声器的研制（论文文献综述）
石晶晶[1]（2019）在《MEMS矢量水听器的设计与性能优化》文中提出为了解决水下远场目标的检测以及安静型潜艇的侦测,低频、高信噪比检测已经成为声纳系统发展的一个重要趋势。水听器作为声纳系统实现接收声信号的核心器件,水听器的性能优劣将直接影响声纳系统的性能。矢量水听器可以同步共点的获取声场中的标量和矢量信息,并且具有良好的低频指向性、抗各项同性噪声等诸多特点,目前已成为备受水声领域关注的研究焦点之一。而将MEMS技术与传统水声技术相结合制作出的MEMS矢量水听器,具有微型化、集成化、低成本、低功耗等诸多优点,尤其是在低频段表现出良好的灵敏度和指向性。但是,MEMS矢量水听器在实际应用过程中仍存在一些问题,如水听器的灵敏度、带宽这两个关键指标此消彼长的问题,水听器的机械稳定性以及在高冲击应用场景下可靠性问题等等。本文基于前人的研究工作,针对MEMS矢量水听器的上述问题开展研究,具体包括:首先,根据MEMS矢量水听器在水下感应声信号转化为电信号的工作原理,利用COMSOL有限元仿真软件,建立了一套声-固（壳）-力-电多物理场耦合的有限元仿真模型。基于此模型分别对MEMS矢量水听器芯片进行了特征频率、应力响应、频响特性等关键性能的仿真研究,同时针对封装结构对外部声场的影响进行了声学仿真研究,并计算了声信号经过封装结构达到水听器内部的声传输和衰减情况。为后续水听器设计和优化奠定了理论基础。接着,为了解决MEMS矢量水听器芯片灵敏度和带宽性能固有矛盾的问题,提出了一种应力集中型水听器芯片结构设计,用来实现保证MEMS矢量水听器带宽性能的前提下,提升器件灵敏度的目的。通过在水听器芯片十字梁根部引入通孔结构设计,形成应力集中区域（SCR）,提高器件对应力的拾取能力。利用仿真软件,对比了三种不同的应力集中结构设计方案,选择了在相同负载下应力响应最大的结构设计作为最后的方案。成功制备了应力集中型MEMS矢量水听器样品,并进行了驻波管校准测试,结果表明:应力集中型水听器的灵敏度可以达到-187.9 dB（ref=1 V/μPa,@1000 Hz）,相较于传统的MEMS矢量水听器样品,在20 Hz1000 Hz的频响范围内灵敏度提高了约5 dB。应力集中结构在提高灵敏度的同时,对带宽、指向性指标无明显影响。最后,在优化MEMS矢量水听器芯片结构的基础上,提出一种新型的胶体封装设计方案,以解决MEMS矢量水听器的机械稳定性和在高冲击应用场景中的器件可靠性问题。通过有限元仿真,对比了有无胶体封装的芯片结构在冲击下的应力响应,仿真结果证明胶体封装方式有效地提高了MEMS矢量水听器的机械稳定性和抗冲击性。同时,为了验证胶体封装的应用是否对矢量水听器灵敏度、带宽、指向性等关键性能造成了影响,在驻波管内对胶体封装型MEMS矢量水听器样品进行了校准测试。测试结果表明:胶体封装型MEMS矢量水听器的灵敏度可以达到-164.3 dB（ref=1 V/μPa,@1000Hz）,并且在工作频段内水听器的灵敏度几乎没有影响,并且适当地提高了水听器的一阶谐振频率,频响范围由20 Hz630 Hz拓展到了20 Hz1000 Hz。
王俊力[2]（2019）在《电容式硅麦克风特性研究》文中研究指明近年来,微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）快速发展,尤其是MEMS麦克风,随着智能交互设备的广泛普及,其市场需求出现井喷式增长。MEMS麦克风经过30多年的发展已经大规模商用了,且正逐步取代驻极体麦克风的地位。目前,虽然国内有很多关于MEMS麦克风的研究机构,但大部分厂家只是进行封装工作,并没有掌握MEMS芯片的核心技术。因此,对MEMS麦克风展开研究具有深远的意义。本文主要对电容式MEMS麦克风的特性展开研究,从仿真分析、工艺设计、工艺制作、封装测试等几个方面入手,详细的阐述了MEMS麦克风的实现过程。首先,本文通过COMSOL有限元仿真软件优化MEMS麦克风的基本结构和尺寸参数。在完成MEMS麦克风的仿真优化和模型建立之后,设计工艺流程并开展MEMS麦克风的工艺制作。在工艺实现过程中,通过实验解决了多晶硅薄膜制作的问题、非晶硅薄膜退火产生气泡的问题、薄膜应力控制的问题以及牺牲层释放的问题。在完成MEMS麦克风工艺制作之后,搭建测试平台,并对MEMS麦克风的电学特性和声学特性进行研究。本文的创新在于,对MEMS麦克风中多晶硅薄膜的制作工艺进行优化,又对腔体释放工艺进行了优化,还在气泡缺陷研究中提出气泡预测模型和局部微孔刻蚀法,有效的防止非晶硅薄膜在退火后产生气泡。本文所设计的MEMS麦克风芯片尺寸为1.2mm×1.2mm×0.3mm,实现MEMS麦克风成品灵敏度为-38dBV,频率响应曲线更平坦,且信噪比为61dBA,总谐波失真小于0.5%。本文所研发的MEMS麦克风提高了芯片制造水平,为进一步研发高性能MEMS麦克风奠定了基础。
陆雪琪[3]（2019）在《光纤MOEMS声波传感机理与器件研究》文中研究指明光纤声波传感器由于具有体积小、抗电磁干扰、低传输损耗、耐腐蚀和安全可靠等优良特性,自1970年代首次出现以来,已经被广泛研究。另一方面,MEMS声波传感器也已被广泛报道并用于声学检测。采用MEMS工艺加工的产品具有体积小、重量轻、集成度高和易批量生产等优点。利用MEMS加工技术可以在单个硅片上集成微型声波传感器,相比传统电学声波传感器,它具有器件集成度高以及功耗低等优点。但现有的MEMS声波传感器主要是基于电容信号检测原理,传感器灵敏度较低且容易受到外界电磁干扰,这严重制约了MEMS声波传感器在高灵敏度声学检测和极端环境下的应用。本论文将MEMS声敏感元件与光纤法布里-珀罗（F-P）结构结合起来实现了一种高灵敏度声信号检测结构。MEMS声敏薄膜的声压检测灵敏度高,其结构可灵活设计,制备工艺的一致性好,结合光纤F-P光学信号检测方法可以实现对微弱声压信号的有效探测,并且该光纤声波传感结构具有无源性和抗电磁干扰的特点,在一些极端环境（如:高压变电等复杂现场）的声音/振动信号探测方面有着非常广泛的应用前景。因此,本文提出了一种基于MEMS薄膜的光纤F-P声波传感器,并对其开展了系统性研究工作,主要内容如下:本文首先介绍了光纤声波传感器和MEMS声波传感器的研究现状;然后介绍了MEMS薄膜的优异特性并对其做了应力仿真分析,提出将MEMS氮化硅薄膜作为声压敏感膜,并利用其与单模光纤端面构成的光纤F-P腔来进行声波传感。同时,采用周期性环形波纹结构设计的MEMS膜来增强声学检测的灵敏度。这为后续光纤声波传感器的制作提供了理论依据。接着详细介绍了此光纤声波传感器的工作原理及制作过程,包括MEMS薄膜的制备以及光纤声波探头的制作;并将此传感器接入光纤声波探测系统,从响应特性、信噪比、灵敏度等方面测试对比了基于不同MEMS薄膜参数的光纤声波传感器的性能,并将其与电子麦克风进行了对比分析。最后,本文还从薄膜的制备工艺和光纤声波探头的结构等方向提出了优化意见。实验结果表明,基于周期性环形波纹状MEMS薄膜的光纤声波传感器比电子麦克风（50mV/Pa）具有更高的灵敏度,其在1kHz频率下的声压灵敏度为2.23V/Pa;信噪比高达79.08dB,相应的最小可探测声压低至2.97μPa/Hz1/2,比电子麦克风的灵敏度高出20倍以上,能检测到更微弱的声音信号;对外界声音信号的解调还原效果也比较理想。此外,它还具有良好的一致性等优点,它可以与单问询系统集成在多路复用光纤传感方案中,以实现声学阵列传感器。
李俊红,马军,魏建辉,任伟[4]（2018）在《MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展》文中研究表明基于微电子机械系统制造技术的MEMS压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点。对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为-192 d B（ref.1 V/μPa）,基本达到实用化的要求。MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 d B（ref.1 V/μPa）,比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 d B,但还未达到实用化要求。为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显着提高MEMS矢量水听器的灵敏度。
王朝杰[5]（2017）在《电容式微机械超声换能器（CMUT）设计及其封装技术研究》文中研究说明基于表面微加工工艺制作的电容式微机械超声换能器具有结构简单、自身噪声低、高机电耦合系数、高分辨率、高灵敏度、宽频带、与介质阻抗匹配性好等优势,从被提出以后就得到广大科研人员的关注,其在海底资源勘探、水下地形地貌探测以及医疗成像等领域有着广泛的应用前景,因此对CMUT展开理论分析和基础应用研究,有着极其重要的科研价值。主要研究内容如下:（1）根据不同分析内容,建立了3种CMUT模型。在振动模型中,计算圆形振动薄膜的振动位移方程;通过平行板电容模型研究了CMUT的塌陷电压、机电耦合系数、接收灵敏度、发射声压等参数;在等效电路模型中,详细分析了有效电容、机械阻抗等参数。（2）应用COMSOL Multiphysics建立了CMUT微元有限元模型。根据特征频率分析,确定了CMUT微元薄膜半径、薄膜厚度参数;通过机电耦合分析研究电极厚度、电极半径与塌陷电压的关系,确定电极结构参数;在静态分析中,研究薄膜在标准大气压下的位移和应力变化情况,得出CMUT空腔高度。CMUT参数确定后,通过模态分析和谐响应分析去验证所设计CMUT结构参数的正确性,并根据瞬态分析研究CMUT在交直流信号激励下的振动位移和速度。（3）指向性是CMUT在远场的重要特性之一,推导出CMUT微元、CMUT阵元和CMUT阵列指向性函数,并详细分析CMUT结构参数对CMUT阵列指向性的影响,随之确定CMUT阵元中的微元个数、CMUT阵元间距。根据声场理论,推导CMUT微元、CMUT阵元和CMUT阵列的声场声压分布公式。（4）在平行板电容模型,静电力在CMUT的工作中发挥着不可替代的作用,由于静电力具有非线性,使得CMUT在发射过程中存在非线性特性。为了消除、抑制CMUT的非线性,采用去除直流偏置电压,以消除谐波分量;采用改变激励信号类型,根据功率谱抑制效果,选用双极性脉冲;依据倍角公式,采用线性和非线性补偿方法,消除二次谐波分量。（5）根据实际应用情况,本文研究CMUT芯片的封装方法并设计封装结构,并根据声学理论,详细分析CMUT外壳封装的材料选择、结构参数、应力大小、透声系数,最终实现CMUT的水密封装。搭建CMUT实验系统,对所设计的CMUT的发射性能、接收性能、指向性和带宽性能进行测试,测试结果表明,设计的CMUT阵列能够满足水下成像要求。
奚野[6]（2017）在《基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器研究》文中研究表明压力传感器作为一种广泛应用于现代生产生活中的传感器,自问世以来已有约70年的历史,随着微电子产业的高速发展,当前压力传感器正朝着智能化、微型化和集成化的方向迈进。本文基于SOI硅片上多孔硅制备的新方法和新装置,着眼于电容式压力传感器的新结构,给出一种基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器的新结构,最后给出了该种传感器的制备工艺流程。本文的主要工作成果有:（1）基于多孔硅制备的双槽电化学腐蚀法,探索研究了制备多孔硅材料的新方法和新装置,设计有一种双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的新型装置,该新型装置能够满足普通硅片和SOI硅片上制备多孔硅的需求,并且能够制备不同形状、数量的多孔硅区域,该新型装置具有结构简单、操作方便和安全性高的特点。（2）基于电容式压力传感器的基础上,给出了一种基于多孔硅牺牲层的MEMS压力传感器的新结构,该结构采用开有若干深槽的方形P++硅薄膜作为敏感层,通过ANSYS仿真软件对平板薄膜结构和开槽薄膜结构进行了比较分析。（3）提出了基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器的加工工艺实现流程。
朱彬彬[7]（2017）在《MEMS电容式加速度计敏感结构研究》文中指出电容式加速度计因具备结构设计简单、性能好、精度高、功耗低、易制作等优点而被普遍研究。本论文设计了一种基于硅-玻璃阳极键合加工工艺的电容式双轴加速度计和一种Z轴加速度计。论文相关工作分为五部分展开:首先,在第一部分中简要介绍了MEMS相关方面的基础知识以及当前MEMS加速度计在国内外的研究现状。第二部分阐述了加速度计的相关工作原理和数学模型的建立,根据牛顿第二力学可以将加速度计简化为敏感质量-阻尼-弹簧构成的系统。通过对此系统的分析得出了加速度计的一些技术指标如机械灵敏度等。其次对各类加速度计的原理进行阐述,并且对比分析了电容式加速度计的两种不同的检测方式:变间距式和变面积式。变间距式检测方式可获得高灵敏度、高性能等优点,在实际结构设计中使用较多。根据各种类型结构的优缺点确定最终选用电容变间距式加速度计作为文章主要研究结构。其次,在文章第三部分给出了本论文设计的两种电容式加速度计的具体结构和参数。主要包括梁结构的分析、整体结构的设计以及交叉耦合性能的理论分析。之后使用商用软件ANSYS对设计结构进行理论仿真和验证:通过力学分析得到了加速度计在工作范围内是线性的,及其在不同轴向上的机械灵敏度Sx=0.0845μm/g、Sy=0.1382μm/g和Sz=0.262μm/g。通过结构强度分析论证了所设计的结构具有良好的抗冲击性能。在大冲击（1000g）之下,结构的最大应力337.18MPa、457.34MPa和349.26Mpa出现在支撑梁和敏感质量的连接点上,其值均在硅材料极限应力1.3GPa的范围之内。最后通过模态分析得到了结构的前四阶的工作频率,结构前两阶为工作模态,和其他模态相比,工作模态的频率很小,因此能够消除其他方向上的运动对检测方向上的影响。之后依照设计的加速度计的结构结合常用的MEMS加工技术,设计了相对应的工艺流程并且详述了具体工艺步骤、工艺中需要注意的问题以及相关步骤中涉及的工艺参数,最终加工制得加速度计样品,通过对比样品的显微照片及电镜扫描结果和理论参数对比验证结构合理性。文章最后部分设计了电容式加速度计相对应的电路,对电路各部分的原理及设计进行了阐述以及对加工制备的加速度计样品进行简单测试。
徐晓强[8]（2010）在《电容式微机械陀螺仪的研究》文中提出微电子机械系统（MEMS）技术加工的微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低、容易批量化生产等优点,当前在许多领域具有非常广阔的应用。而且,电容式微机械陀螺仪是目前微机械传感器研究的重点。本文围绕一种典型的静电驱动电容检测微机械陀螺仪,针对其技术特点,从其结构设计,工艺流程以及性能检测等不同的方面,对其进行了相应的介绍与研究。文章首先介绍了国内外微机械陀螺仪的发展现状,然后介绍了陀螺仪工作的基本理论基础。同时,针对微机械陀螺仪的结构,介绍了静电梳齿驱动原理、电容检测原理的相关理论。然后,对微机械陀螺的动力学特性进行研究,并且采用有限元对其进行模拟,分析其主要几何尺寸对其模态的影响。根据陀螺驱动模态频率和检测模态的频率匹配,优化了其结构尺寸。其次,结合当前先进的MEMS加工技术,从工艺的角度,介绍了微机械陀螺仪在加工过程中涉及到的主要MEMS工艺,并对加工流程和工艺进行研究,设计了MEMS陀螺仪整套加工过程的一般流程。作为生产微机械陀螺仪最核心的内容,芯片的成功设计与加工具有非常重要的意义。最后部分是陀螺仪芯片的测试,在前面章节设计与加工的基础上,对陀螺仪的裸芯片进行测试,包括芯片的合格性测试与性能测试,分析实际产品与理论分析是否一致。验证了陀螺仪设计方案的合理性与可行性。
林江[9]（2009）在《新型硅麦克风的设计与分析》文中研究指明微电子机械系统（Micro Electro Mechanical systems,简称MEMS）是由微传感器、微执行器、控制电路、接口电路和电源等部件组成,它的发展将会对人类的科学技术、生产方式和生活方式产生深远的影响。在如今社会里,大多数消费类电子产品都沿着小型化、智能化、集成化的方向发展,而MEMS正好顺应了这一市场需求,它们对消费类电子产品的最终影响不仅是尺寸质量的减小,更降低了生产成本,提高了工作性能。硅麦克风,作为微电子机械系统中的重要成员。它集成了MEMS的主要优点,面积可以达到1mm*1mm甚至更小,然而最为主要的是它和集成电路有着相似的工艺流程,国外已经有厂家,比方说德国英飞凌公司,利用集成电路工艺实现了传感器部分和外围电路部分的集成,达到整个系统的微型化。本文主要是对电容式硅麦克风进行分析、设计与制作,因为它有着比其它硅麦克风有着更高的灵敏度、更简单的机械结构。我们主要完成一下几个方面的工作:（1）设计完整的电容式硅麦克风类比电路模型,对其PSPICE仿真得到频谱在10kHz以下基本平坦,频率在1kHz时,输出电压为5.4244mV,在44.008kHz有谐振点;（2）设计新型硅麦克风,计算其压膜系数为0.13,振膜的最大振幅hmax=2.9×10-7m,电容变化率为33.6%;（3）通过ANSYS软件进行仿真和模拟,得到一阶振型的频率点为10.509 kHz,最大位移为2.242×10-7m,应力最大出现在离固定点最近的褶皱拐点处;（4）制作新型硅麦克风,振膜半径为0.5mm,褶皱高度为1μm,褶皱数为1个,褶皱宽度为5μm,背极板面积为1.2mm×1.2mm,厚度为5μm,背极板大量穿孔,背极板上声学孔的面积为100μm×100μm。我们的研究是基于自顶向下的设计思想,先从整体结构的分析来总结出决定电容式硅麦克风的最主要的参数,这主要是通过类比电路来分析;然后对圆形褶皱振膜进行运动特性进行计算;再通过ANSYS软件分析机械结构,然后利用现有的工艺流程来实现MEMS的设计。比较分析发现,我们所设计的新型硅麦克风是符合动力学要求,具有广阔的市场前景。
许晓昕[10]（2007）在《基于MEMS技术的光纤声传感器研究》文中研究指明微机械电子系统（MEMS）与光纤传感技术的结合给声传感器的设计和研制带来了全新的发展方向——MEMS光纤声传感器。与传统传声器相比，MEMS光纤声传感器具有灵敏度高，探测端电绝缘，抗电磁干扰，尺寸小，质量轻，适合长距离传输，易复用等明显优势，在很多特殊场合有良好应用前景。本文提出了利用MEMS工艺制作的光纤声传感及光纤超声传感器，从制作工艺上进行了探索。本文首先提出一种法布里-泊罗（F-P）干涉型硅微光纤传声器。该器件结构设计力求提高目前可听频段传声器性能。文中阐述了器件的工作原理和结构优点。对F-P腔光学及机械性能设计优化进行了详细论述，辅助以有限元分析，得到了优化设计参数和理想最大灵敏度。对低粗糙度薄膜制备、光学介质膜图形化等关键工艺进行了研究，讨论了硅表面粗糙度对F-P腔性能的影响，并成功实现了满足器件性能要求的低粗糙度刻蚀，完成了高表面质量的Pyrex玻璃深腐蚀。大量实验结果基础上给出了完整的器件工艺流程，制作出F-P腔单元并测试了器件静态光学信号。传统的均匀厚度敏感薄膜结构通常因灵敏度不够而在超声传感应用领域受到限制。本文创新性的提出了一种基于衍射光栅敏感结构的超声波传感器。该器件首次利用硅光栅敏感膜的自身形变产生精确位相调制进行超声信号探测，通过MEMS工艺将工作点偏置至高灵敏度线性区，并通过双光纤准直器实现整体封装，保证器件有较高灵敏度的同时很好解决了均匀硅膜的频率受限问题。通过理论分析优化硅薄膜尺寸、周期结构参数和脊区厚度，模拟计算出谐振频率即使达到MHz以上，薄膜机械灵敏度也仍可保持nm／Pa量级。利用SOI材料制作出该器件，进行了初步测试并对获得的结果进行了分析。文章最后对两种声传感器的探索工作进行了总结，给出下一步研究工作的展望。
二、基于微电子机械系统技术的高灵敏度电容式微传声器的研制（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于微电子机械系统技术的高灵敏度电容式微传声器的研制（论文提纲范文）
（1）MEMS矢量水听器的设计与性能优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景和研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本论文主要工作 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 第2章 MEMS矢量水听器的多物理场耦合仿真研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 MEMS水听器内部芯片仿真研究 |
| 2.2.1 MEMS传感器仿真模型建立 |
| 2.2.2 传感器结构谐响应分析 |
| 2.2.3 多物理场耦合对传感器模态及谐振频率的影响 |
| 2.2.4 油阻尼对结构影响 |
| 2.3 水听器内外声场研究 |
| 2.4 声-固(壳)-力-电多物理场全耦合仿真 |
| 2.5 本章总结 |
| 第3章 利用应力集中结构优化MEMS矢量水听器 |
| 3.1 MEMS矢量水听器芯片结构优化方案 |
| 3.2 应力集中型芯片的仿真研究 |
| 3.2.1 应力集中结构模型的稳态研究 |
| 3.2.2 应力集中结构模型的特征频率分析 |
| 3.3 MEMS水听器芯片加工 |
| 3.3.1 芯片加工工艺选择 |
| 3.3.2 芯片加工工艺流程 |
| 3.4 应力集中型芯片的驻波管内测试 |
| 3.4.1 水听器灵敏度测试 |
| 3.4.2 水听器指向性测试 |
| 3.5 本章总结 |
| 第4章 MEMS矢量水听器芯片封装设计 |
| 4.1 胶体封装型芯片的仿真研究 |
| 4.1.1 不同性质的胶体对芯片的影响 |
| 4.1.2 胶体型芯片的抗冲击性研究 |
| 4.1.3 胶体型芯片的稳态研究 |
| 4.1.4 胶体型芯片的谐振频率分析 |
| 4.2 胶体封装型芯片的驻波管内测试 |
| 4.2.1 水听器灵敏度测试 |
| 4.2.2 水听器指向性测试 |
| 4.3 本章总结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 论文创新点 |
| 5.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）电容式硅麦克风特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 MEMS麦克风简介 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 MEMS麦克风设计与实现 |
| 2.1 MEMS麦克风工作原理 |
| 2.2 MEMS麦克风性能指标 |
| 2.3 MEMS麦克风仿真设计 |
| 2.3.1 振膜形变分析 |
| 2.3.2 自然频率分析 |
| 2.3.3 吸合电压分析 |
| 2.3.4 频响曲线分析 |
| 2.4 MEMS麦克风工艺实现 |
| 2.4.1 表面微加工技术 |
| 2.4.2 工艺流程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 MEMS麦克风关键工艺研究 |
| 3.1 多晶硅薄膜制作工艺优化 |
| 3.2 腔体释放工艺优化 |
| 3.2.1 背腔释放工艺优化 |
| 3.2.2 微腔释放工艺优化 |
| 3.3 非晶硅薄膜退火产生气泡问题研究 |
| 3.3.1 实验设计 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 MEMS麦克风测试 |
| 4.1 电学测试 |
| 4.1.1 测试设备 |
| 4.1.2 阻抗匹配测试 |
| 4.1.3 电容-电压(C-V)测试 |
| 4.2 声学测试 |
| 4.2.1 MEMS麦克风封装 |
| 4.2.2 声学测试平台的搭建 |
| 4.2.3 测试结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录-学术成果 |
（3）光纤MOEMS声波传感机理与器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤声波传感技术 |
| 1.2.1 光纤声波传感器的发展及现状 |
| 1.3 MEMS声波传感技术 |
| 1.3.1 MEMS技术简介 |
| 1.3.2 MEMS声波传感器的发展及现状 |
| 1.4 本课题研究意义及主要内容 |
| 第二章 MEMS氮化硅薄膜的介绍及其应力仿真分析 |
| 2.1 MEMS氮化硅薄膜介绍 |
| 2.1.1 MEMS氮化硅薄膜的特性 |
| 2.1.2 MEMS氮化硅薄膜的结构 |
| 2.2 MEMS薄膜的应力仿真 |
| 2.2.1 MEMS膜的ANSYS建模 |
| 2.2.2 MEMS膜的ANSYS应力仿真及结果 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于MEMS薄膜的光纤声波传感器的工作原理及制作 |
| 3.1 基于MEMS薄膜的光纤声波传感器的工作原理 |
| 3.2 光纤声波传感器的性能分析 |
| 3.3 基于MEMS薄膜的光纤声波传感器的制作 |
| 3.3.1 MEMS薄膜的制备 |
| 3.3.2 光纤声波传感器的制作流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于MEMS薄膜的光纤声波传感器的性能测试 |
| 4.1 声波探测的实验系统与设备 |
| 4.2 信号分析软件 |
| 4.3 性能测试及结果分析 |
| 4.3.1 响应特性的测试 |
| 4.3.2 信噪比测试 |
| 4.3.3 灵敏度测试 |
| 4.3.4 谐波频谱测试 |
| 4.3.5 MEMS薄膜的一致性测试 |
| 4.4 基于MEMS薄膜的光纤声波传感器的性能优化 |
| 4.4.1 传感膜制备工艺的优化 |
| 4.4.2 光纤声波探头结构的优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（4）MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 MEMS压电水听器和矢量水听器研究 |
| 2.1 MEMS压电水听器 |
| 2.2 MEMS压电矢量水听器 |
| 3 MEMS压电矢量水听器结构和工艺改进 |
| 4 结论 |
（5）电容式微机械超声换能器（CMUT）设计及其封装技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 CMUT理论分析及建模方法 |
| 2.1 CMUT结构及工作原理 |
| 2.1.1 CMUT结构 |
| 2.1.2 CMUT工作原理 |
| 2.2 振动模型 |
| 2.2.1 薄膜位移 |
| 2.2.2 固有频率 |
| 2.3 平行板电容模型 |
| 2.3.1 塌陷电压 |
| 2.3.2 机电耦合系数 |
| 2.3.3 接收灵敏度 |
| 2.3.4 发射声压 |
| 2.4 等效电路分析 |
| 2.4.1 振动薄膜位移 |
| 2.4.2 有效电容 |
| 2.4.3 机械阻抗 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 CMUT有限元分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CMUT结构设计 |
| 3.2.1 工作频率 |
| 3.2.2 振动薄膜 |
| 3.2.3 空腔 |
| 3.2.4 电极 |
| 3.3 模态分析 |
| 3.4 谐响应分析 |
| 3.5 机电耦合分析 |
| 3.5.1 真空中塌陷电压及应力 |
| 3.5.2 水中塌陷电压及应力 |
| 3.5.3 有效电容 |
| 3.6 瞬态分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 CMUT声场特性分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 指向性函数计算 |
| 4.2.1 CMUT微元指向性 |
| 4.2.2 CMUT阵元指向性 |
| 4.2.3 CMUT阵列指向性 |
| 4.3 CMUT结构参数对指向性的影响及参数计算 |
| 4.3.1 阵元大小对CMUT阵列指向性的影响 |
| 4.3.2 阵元个数对CMUT阵列指向性的影响 |
| 4.3.3 阵元间距对CMUT阵列指向性的影响 |
| 4.3.4 CMUT阵列参数计算 |
| 4.4 CMUT声场分析 |
| 4.4.1 CMUT微元声场分析 |
| 4.4.2 CMUT阵元声场分析 |
| 4.4.3 CMUT阵列声场分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 CMUT非线性机理及抑制方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 CMUT非线性的产生 |
| 5.3 去除直流偏置电压 |
| 5.4 改变激励信号 |
| 5.5 激励信号补偿 |
| 5.5.1 线性补偿 |
| 5.5.2 非线性补偿方法 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 CMUT封装设计及性能测试 |
| 6.1 封装设计 |
| 6.1.1 CMUT芯片封装 |
| 6.1.2 外壳封装结构设计 |
| 6.1.3 封装仿真分析 |
| 6.2 CMUT性能测试 |
| 6.2.1 发射性能测试 |
| 6.2.2 接收性能测试 |
| 6.2.3 CMUT指向性测试 |
| 6.2.4 CMUT带宽测试 |
| 6.2.5 激励信号重复数测试 |
| 6.2.6 CMUT成像测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间主要研究工作及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（6）基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 微电子机械系统(MEMS) |
| 1.1.1 微电子机械系统(MEMS)概述 |
| 1.1.2 微电子机械系统(MEMS)发展历史 |
| 1.1.3 微电子机械系统(MEMS)本质特征 |
| 1.1.4 微电子机械系统(MEMS)发展意义 |
| 1.2 压力传感器研究状况 |
| 1.2.1 压力传感器简介 |
| 1.2.2 压力传感器的发展历程 |
| 1.2.3 压力传感器的国内外发展状况 |
| 1.3 本论文主要工作 |
| 第二章 压力传感器的工作原理和类型 |
| 2.1 微型压力传感器的种类和原理 |
| 2.1.1 压阻式压力传感器 |
| 2.1.2 压电式压力传感器 |
| 2.1.3 谐振式压力传感器 |
| 2.1.4 光纤式压力传感器 |
| 2.1.5 电容式压力传感器 |
| 2.2 微型压力传感器的主要参数指标 |
| 2.2.1 灵敏度 |
| 2.2.2 线性度 |
| 2.2.3 量程 |
| 2.2.4 迟滞 |
| 2.2.5 温度范围 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 多孔硅的可控制备 |
| 3.1 多孔硅概述 |
| 3.2 多孔硅制备方法 |
| 3.2.1 化学腐蚀法 |
| 3.2.2 火花腐蚀法 |
| 3.2.3 水热腐蚀法 |
| 3.2.4 电化学腐蚀法 |
| 3.3 双槽电化学腐蚀法的多孔硅制备装置 |
| 3.3.1 双槽电化学腐蚀法的多孔硅制备装置分析 |
| 3.3.2 双槽电化学腐蚀法的多孔硅制备装置的初步改进 |
| 3.3.3 一种用于双槽电化学腐蚀法多孔硅制备的新型装置 |
| 3.3.4 双槽电化学腐蚀法多孔硅制备新型装置的优点 |
| 3.4 多孔硅制备结果分析 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器设计与分析 |
| 4.1 压力传感器基本结构分析 |
| 4.1.1 力学分析 |
| 4.1.2 电学分析 |
| 4.2 基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器总体结构设计 |
| 4.3 Ansys有限元模拟仿真 |
| 4.3.1 有限元基本思路 |
| 4.3.2 ANSYS软件简介 |
| 4.3.3 ANSYS仿真和结果分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器加工 |
| 5.1 MEMS加工工艺 |
| 5.1.1 MEMS加工工艺与集成电路加工工艺 |
| 5.1.2 MEMS加工工艺与传统宏观尺寸机械加工 |
| 5.1.3 MEMS加工工艺发展主要方向 |
| 5.1.4 MEMS主要加工工艺 |
| 5.2 基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器制备流程 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 总结与工作展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动和成果情况 |
（7）MEMS电容式加速度计敏感结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1. MEMS概述 |
| 1.2. MEMS加速度计研究背景及发展现状 |
| 1.2.1. MEMS加速度计研究背景 |
| 1.2.2. 国外研究现状 |
| 1.2.3. 国内研究现状 |
| 1.3. 论文主要研究内容 |
| 2. MEMS电容式加速度计基本原理 |
| 2.1. 加速度计工作原理 |
| 2.2. 加速度计类型及原理 |
| 2.2.1. 压阻式加速度计 |
| 2.2.2. 压电式加速度计 |
| 2.2.3. 隧道电流式加速度计 |
| 2.2.4. 电容式加速度计 |
| 2.2.4.1. 变间距式检测原理 |
| 2.2.4.2. 变面积式检测原理 |
| 2.3. 加速度计阻尼分析 |
| 2.3.1. 滑膜阻尼 |
| 2.3.2. 压膜阻尼 |
| 2.4. 本章小结 |
| 3. MEMS电容式加速度计结构设计和仿真 |
| 3.1. 加速度计结构设计 |
| 3.1.1. 弹性梁的分析及设计 |
| 3.1.1.1. 双轴加速度计弹性梁设计 |
| 3.1.1.2. Z轴加速度计整体结构设计 |
| 3.1.2. 加速度计整体结构的设计 |
| 3.1.3. 结构交叉耦合性分析 |
| 3.2. 加速度计结构仿真及分析 |
| 3.2.1. 力学特性分析 |
| 3.2.2. 结构强度分析 |
| 3.2.3. 模态分析 |
| 3.3. 本章小结 |
| 4. MEMS电容式加速度计版图设计和工艺制作 |
| 4.1. MEMS电容式加速度计版图设计 |
| 4.2. MEMS加工技术 |
| 4.2.1. 表面硅微机械加工技术 |
| 4.2.2. 体硅微机械加工技术 |
| 4.2.2.1. 湿法刻蚀 |
| 4.2.2.2. 干法刻蚀 |
| 4.2.3. LIGA加工工艺 |
| 4.3. MEMS电容式加速度计制备工艺流程流程 |
| 4.4. 本章小结 |
| 5. MEMS电容式加速度计检测电路 |
| 5.1. 检测电路整体结构分析 |
| 5.2. 各电路模块分析设计 |
| 5.2.1. 调制放大电路 |
| 5.2.2. 带通滤波器 |
| 5.2.3. 同步检波电路 |
| 5.2.4. 低通滤波器 |
| 5.3. MEMS加速度计测试 |
| 5.4. 本章小结 |
| 6. 总结与展望 |
| 6.1. 全文总结 |
| 6.2. 未来工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 在读期间发表的学术论文、专利及参加的科研项目 |
（8）电容式微机械陀螺仪的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本论文工作内容 |
| 第二章 微机械陀螺仪的基础理论 |
| 2.1 科里奥利加速度 |
| 2.2 静电驱动原理 |
| 2.3 电容检测原理 |
| 2.4 拉格朗日方程 |
| 2.5 动力学分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 微机械陀螺仪的有限元分析 |
| 3.1 有限元分析与ANSYS简介 |
| 3.1.1 有限元法介绍 |
| 3.1.2 有限元方法分析步骤 |
| 3.2 微机械陀螺仪的模态分析 |
| 3.2.1 模态分析理论 |
| 3.2.2 微机械陀螺仪的结构和工作原理 |
| 3.2.3 微机械陀螺仪的有限元模态分析 |
| 3.3 微机械陀螺仪的结构优化设计 |
| 3.3.1 驱动梁的宽度的变化 |
| 3.3.2 检测梁的宽度的变化 |
| 3.3.3 检测梁的长度的变化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 微机械陀螺仪的工艺 |
| 4.1 MEMS工艺概述 |
| 4.1.1 衬底材料的选择 |
| 4.1.2 净化和清洗 |
| 4.1.3 光刻 |
| 4.1.4 氧化 |
| 4.1.5 干法刻蚀 |
| 4.1.6 湿法刻蚀 |
| 4.2 微机械陀螺仪的MEMS工艺设计与实现 |
| 4.2.1 准备材料 |
| 4.2.2 硅片的清洗 |
| 4.2.3 氧化 |
| 4.2.4 光刻 |
| 4.2.5 干法刻蚀 |
| 4.2.6 湿法腐蚀 |
| 4.2.7 阳极键合 |
| 4.2.8 硅片背面光刻 |
| 4.2.9 干法刻蚀背面硅 |
| 4.3 工艺讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微机械陀螺仪的测试研究 |
| 5.1 驱动电路的分析 |
| 5.2 检测电路的分析 |
| 5.2.1 难点分析 |
| 5.2.2 微弱信号检测原理 |
| 5.3 裸芯片测试 |
| 5.3.1 测试系统原理分析 |
| 5.3.2 测试系统整体框图 |
| 5.3.3 测试设备与步骤 |
| 5.4 测试结果 |
| 5.5 测试讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间取得的成果 |
（9）新型硅麦克风的设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 MEMS 概论 |
| 1.2 硅麦克风的特点 |
| 1.3 本论文的工作重点 |
| 第2章 新型硅麦克风的建模 |
| 2.1 MEMS CAD 的介绍 |
| 2.2 声学模型原理 |
| 2.2.1 声阻 |
| 2.2.2 声容 |
| 2.2.3 声质量 |
| 2.3 新型硅麦克风的建模 |
| 2.3.1 模型分析 |
| 2.3.2 类比电路 |
| 2.3.3 声学部分 |
| 2.3.4 力学部分 |
| 2.4 电学部分 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 新型硅麦克风的设计 |
| 3.1 硅麦克风的动力学分析 |
| 3.1.1 电容式硅麦克风的影响因素 |
| 3.1.2 压膜空气阻尼 |
| 3.1.3 雷诺公式 |
| 3.1.4 圆形平板振膜的压膜阻尼 |
| 3.2 圆形振膜的振动分析 |
| 3.2.1 平板圆形振膜的振动分析 |
| 3.2.2 褶皱圆形振膜的振动分析 |
| 3.3 新型硅麦克风的设计 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 基于有限元软件ANSYS 的新型硅麦克风分析 |
| 4.1 ANSYS 软件的介绍 |
| 4.2 ANSYS 的文件 |
| 4.3 ANSYS 的分析步骤 |
| 4.3.1 建立有限元模型 |
| 4.4 圆形振膜的ANSYS 分析 |
| 4.4.1 线性静力分析 |
| 4.4.2 动力学分析 |
| 4.5 褶皱圆形振膜的ANSYS 仿真 |
| 4.5.1 褶皱模型的建立 |
| 4.5.2 定义单元类型，划分网格 |
| 4.5.3 求解和后处理 |
| 4.5.4 后处理 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 新型硅麦克风的加工工艺 |
| 5.1 微电子机械系统工艺 |
| 5.2 新型硅麦克风的制作 |
| 5.2.1 振膜的制作 |
| 5.2.2 背极板的制作 |
| 5.2.3 牺牲层的制作 |
| 5.2.4 电极的制作 |
| 5.3 制作流程图 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 新型硅麦克风测试平台的搭建 |
| 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 详细摘要 |
（10）基于MEMS技术的光纤声传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 引言 |
| 1.1 声传感技术 |
| 1.1.1 声传感器技术基础 |
| 1.1.2 声传感器种类及发展概况 |
| 1.2 超声波检测概述 |
| 1.2.1 超声波检测技术发展及应用 |
| 1.3 MEMS声传感技术 |
| 1.3.1 MEMS技术概述 |
| 1.3.2 MEMS微传声器种类及发展 |
| 1.4 光纤声传感技术 |
| 1.4.1 光纤传声器发展及应用 |
| 1.4.2 MEMS光纤声传感器研究进展 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 1.5.1 本文的目的和意义 |
| 1.5.2 论文内容 |
| 第二章 MEMS光纤声传感器设计理论 |
| 2.1 F-P腔 MEMS光纤微声传感器光学理论基础 |
| 2.1.1 多光束干涉效应 |
| 2.1.2 F-P腔主要特性参数 |
| 2.1.3 F-P腔声传感器件光学设计与模拟 |
| 2.2 MEMS双面衍射光栅超声传感器光学设计 |
| 2.2.1 利用光栅结构的MEMS器件 |
| 2.2.2 MEMS光栅超声传感器设计 |
| 2.2.3 光学特性分析 |
| 第三章 F-P腔 MEMS光纤微声传感器工艺制作 |
| 3.1 F-P腔 MEMS光纤微声传感器结构设计 |
| 3.1.1 敏感薄膜设计与模拟 |
| 3.2 工艺制作及测试 |
| 3.2.1 低表面粗糙度的硅刻蚀 |
| 3.2.2 Pyrex玻璃深刻蚀工艺 |
| 3.2.3 光学介质膜图形化工艺 |
| 3.2.4 气压平衡设计 |
| 3.2.5 器件工艺流程 |
| 3.2.6 器件完成结果及测试分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 MEMS衍射光栅超声传感器工艺研究及制作 |
| 4.1 MEMS光栅超声传感器设计 |
| 4.1.1 光栅结构分析 |
| 4.2 双面光栅结构器件工艺制作 |
| 4.2.1 双面光栅的工艺制作流程 |
| 4.3 器件测试和结果讨论 |
| 第五章 总结 |
| 5.1 本论文的主要内容 |
| 5.2 下一步工作的展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表文章 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、基于微电子机械系统技术的高灵敏度电容式微传声器的研制（论文参考文献）
- [1]MEMS矢量水听器的设计与性能优化[D]. 石晶晶. 东南大学, 2019(08)
- [2]电容式硅麦克风特性研究[D]. 王俊力. 武汉大学, 2019(06)
- [3]光纤MOEMS声波传感机理与器件研究[D]. 陆雪琪. 电子科技大学, 2019(12)
- [4]MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展[J]. 李俊红,马军,魏建辉,任伟. 应用声学, 2018(01)
- [5]电容式微机械超声换能器（CMUT）设计及其封装技术研究[D]. 王朝杰. 中北大学, 2017(08)
- [6]基于多孔硅牺牲层的MEMS电容式压力传感器研究[D]. 奚野. 合肥工业大学, 2017(02)
- [7]MEMS电容式加速度计敏感结构研究[D]. 朱彬彬. 杭州电子科技大学, 2017(02)
- [8]电容式微机械陀螺仪的研究[D]. 徐晓强. 北京邮电大学, 2010(03)
- [9]新型硅麦克风的设计与分析[D]. 林江. 杭州电子科技大学, 2009(02)
- [10]基于MEMS技术的光纤声传感器研究[D]. 许晓昕. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）, 2007(05)