串联电容对MEMS扭转微镜吸合角的影响

罗　伟，杨国珂，叶坤涛

(江西理工大学理学院，江西赣州　341000)

0　引言

随着微机电系统(MEMS)技术发展[1]，静电力驱动的扭转微镜逐渐广泛应用于投影显示[2]、 光谱仪[3]、现代光通信[4]等方面。从上世纪八十年代末开始，研究人员开展了对静电力驱动的扭转微镜的制作工艺、运动特性以及应用等方面的研究，发现了吸合效应，并利用物理模型对其吸合角进行了深入研究。

对静电力驱动的扭转微镜吸合角的理论分析主要是通过确定极间电场的静电力矩与机械回复力矩之间的平衡关系来进行的[5-9]。其中采用的静电力矩的计算方法有2种，一种是通过力矩的定义用微元法求解[5-7]，另一种是采用虚功原理，通过扭转微镜的极间静电能和静电力矩的关系来求解[8-9]。

O．Degani[5]在1998年建立了吸合电压与吸合角计算的物理模型，发现吸合角、吸合电压，与弹簧弹性系数无关，只与扭转微镜的结构参数有关；1999年，G．J．Su[6]对不同极板间距的微镜，分析了其驱动电压与偏转角度的关系，发现改变极板间距可以改变扭转微镜的吸合角，结论与文献5相符；2001年，X．M．Zhang[7]通过求解驱动电压与偏转角度的关系式的极值点，数值计算扭转微镜的吸合角，发现计算的吸合角只与电极尺寸有关，数据与实验相符；2002年D．Hah[8]以及2006年G．C．Zhu[9]的研究表明，扭转微镜的吸合角由极间电容与偏转角的关系决定，而与弹簧的弹性系数、驱动电压无关；而极板间电容与偏转角的关系只与该器件的几何结构有关。

上述研究都关注了影响扭转微镜吸合角的尺寸因素，都发现如果扭转微镜的几何尺寸确定，扭转微镜的吸合角就确定。……