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氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结构温度传感器

舰船电子工程 2022年第9期42卷 200-204页

作者：谢长征王俊强李孟委中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院太原030051

石墨烯具有优异的热学性能与电学性能,为开发高灵敏高性能的MEMS温度传感器提供了巨大的潜力。但是裸露的石墨烯易吸附杂质和水分而影响其电学性能,对此论文提出了一种基于氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结构的石墨烯温度传感器,两层氮化硼... 详细信息

石墨烯具有优异的热学性能与电学性能,为开发高灵敏高性能的MEMS温度传感器提供了巨大的潜力。但是裸露的石墨烯易吸附杂质和水分而影响其电学性能,对此论文提出了一种基于氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结构的石墨烯温度传感器,两层氮化硼分别作为衬底与防护层。基于MEMS工艺完成了纳米薄膜的转移与器件的制备并进行了相应的测试表征分析。结果表明,传感器表面结构完整无缺陷,没有明显的污染物残留。转移后的石墨烯具有极高的质量,传感器具有优异的电学性能。温敏特性测试表明传感器具有很好的重复性与很小的迟滞,在30℃~300℃温度范围内,平均电阻温度系数为0.14%℃^(-1)。

关键词：石墨烯氮化硼 MEMS 温度传感器

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纳米膜隧穿效应微陀螺的结构设计与加工

半导体技术 2013年第1期38卷 10-15页

作者：李锡广李孟委杜康郑伦贵刘俊中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 中北大学电子测试技术重点实验室太原030051

基于GaAs材料和器件的制造工艺,介绍了纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构设计方法和工艺加工方法。阐述了基于纳米膜隧穿效应微陀螺的工作原理,对纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构进行了设计,分析了微陀螺的模态频率设计和匹配仿真。采用反应... 详细信息

基于GaAs材料和器件的制造工艺,介绍了纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构设计方法和工艺加工方法。阐述了基于纳米膜隧穿效应微陀螺的工作原理,对纳米膜隧穿器件和微陀螺的结构进行了设计,分析了微陀螺的模态频率设计和匹配仿真。采用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀方法分别对隧穿器件和微陀螺结构进行了加工,利用扫描电镜观测,加工结果较好。利用冲击信号测试了微陀螺的频率响应,讨论了微陀螺的模态频率测试结果和匹配情况,证明微陀螺在驱动方向和检测方向上能够工作且模态频率匹配程度较好。实验结果表明,提出的GaAs材料微陀螺结构设计方法和工艺加工方法是可行的,能够应用于GaAs基微陀螺结构设计与制造。

关键词：隧穿效应微机械陀螺模态匹配 MEMS加工砷化镓

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选择性阳极键合技术在光栅陀螺中的应用

焊接学报 2020年第12期41卷 61-66,I0004,I0005页

作者：郝飞帆李孟委王俊强金丽耿浩中北大学太原030051 中北大学南通智能光机电研究院南通226000

阳极键合技术广泛应用在晶圆级MEMS器件制造和封装当中,对于有悬臂梁结构器件容易在键合时发生吸合.采用选择性阳极键合技术防止陀螺在键合中吸合失效.推导了陀螺梁与玻璃的静电吸合电压公式并建立吸合电压与硅结构-玻璃间隙关系模型.... 详细信息

阳极键合技术广泛应用在晶圆级MEMS器件制造和封装当中,对于有悬臂梁结构器件容易在键合时发生吸合.采用选择性阳极键合技术防止陀螺在键合中吸合失效.推导了陀螺梁与玻璃的静电吸合电压公式并建立吸合电压与硅结构-玻璃间隙关系模型.采用深硅制作陀螺结构,在玻璃基底溅射Al/Cr制作光栅,最后进行阳极键合.结果表明,键合界面没有缺陷,铬及其氧化物导电抗吸合性使得硅-玻璃阳极键合未发生静电吸合失效现象,对样品进行抗剪强度测试,得出平均键合强度为33.94 MPa,键合质量良好.

关键词： MEMS陀螺阳极键合静电吸合键合强度

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常压封装下隧道磁阻微陀螺的高灵敏结构设计

传感技术学报 2016年第3期29卷 332-337页

作者：褚伟航李孟委吴承根王宾中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学微系统集成研究中心太原030051

针对现有微陀螺难以实现常压封装下高灵敏检测的难题,设计了两种应用隧道磁阻效应检测的微陀螺结构,分别采用面内检测与离面检测,本文从阻尼与检测磁场两方面对二者性能进行分析。首先通过对二者阻尼的计算,得到常压下面内检测结构的灵... 详细信息

针对现有微陀螺难以实现常压封装下高灵敏检测的难题,设计了两种应用隧道磁阻效应检测的微陀螺结构,分别采用面内检测与离面检测,本文从阻尼与检测磁场两方面对二者性能进行分析。首先通过对二者阻尼的计算,得到常压下面内检测结构的灵敏度为35.18 nm/(°/s),离面检测结构的灵敏度为3.19 nm/(°/s),面内结构比离面结构的灵敏度高约10倍,从阻尼方面考虑,采用面内检测的结构更优;其次设计了应用于两种结构中的检测磁场,得到了面内检测磁场相比于离面检测磁场具有更高的磁场变化率,更好的磁场一致性,从磁场方面考虑,同样得到面内检测的微陀螺结构更优。因此,应用面内检测结构可以实现隧道磁阻微陀螺在常压下的高灵敏检测。

关键词： MEMS陀螺隧道磁阻效应高Q值结构灵敏度

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静态干涉型高温温度场成像探测方法研究

中国光学(中英文) 2023年第4期16卷 796-801页

作者：张瑞徐承雨王志斌唐维平薛鹏李孟委中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

为了实现航空航天发动机尾焰、燃烧、爆炸等高温温度场的非接触高精度测量,对静态干涉型高温温度场探测方法展开研究。首先,设计静态干涉型高温温度场探测系统,理论分析高温温度场测量原理,研究高温干涉信号强度最低点光程差与温度的关... 详细信息

为了实现航空航天发动机尾焰、燃烧、爆炸等高温温度场的非接触高精度测量,对静态干涉型高温温度场探测方法展开研究。首先,设计静态干涉型高温温度场探测系统,理论分析高温温度场测量原理,研究高温干涉信号强度最低点光程差与温度的关系;其次,针对常用温度范围及可见光面阵探测器的响应波段,设计静态干涉具Savart棱镜,结合一维扫描实现温度场成像;最后,设计光学系统,拟合获得干涉最弱光程差与温度的对应关系,并获得线性拟合公式,仿真验证温度场经过系统后到达面阵探测器的干涉信号图像。结果表明,该静态干涉型高温温度场探测方法可实现1000 K−3000 K温度的高精度探测,且在线性区域,温度测量分辨率为1.4 K,温度测量相对误差优于0.8%。本文研究为军民领域的高精度高温温度场成像提供参考。

关键词：高温温度场干涉信号静态干涉具温度分辨率

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转台误差对MEMS陀螺标定的影响分析

中北大学学报（自然科学版） 2021年第2期42卷 165-170,186页

作者：李登张鹏李孟委中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学南通智能光机电研究院江苏南通226000

MEMS陀螺是导航系统中的关键元器件,提高其精度对提升导航系统性能具有重要意义.基于多体系统建立三轴转台误差模型,根据转台运动机理分析得到三轴转台的各类几何误差项及运动误差项,然后阐述陀螺标定原理,推导出MEMS陀螺标定全参数误... 详细信息

MEMS陀螺是导航系统中的关键元器件,提高其精度对提升导航系统性能具有重要意义.基于多体系统建立三轴转台误差模型,根据转台运动机理分析得到三轴转台的各类几何误差项及运动误差项,然后阐述陀螺标定原理,推导出MEMS陀螺标定全参数误差模型,测量出转台各项误差参数值.在此基础上进行速率标定实验,分别求得加入转台误差项参数和不加转台误差项参数时得到的MEMS陀螺误差系数,对比得到两者差值,根据此误差值可以对在不考虑转台误差项参数时得到的MEMS陀螺误差系数进行校正以提高精度.实际工程应用中,可以通过建立MEMS陀螺标定全参数误差模型修正转台误差以提高MEMS陀螺精度,从而提升惯性导航系统性能.

关键词：三轴转台误差建模 MEMS陀螺标定精度

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加速度计的高冲击下响应理论与仿真方法研究

中北大学学报（自然科学版） 2017年第2期38卷 231-236页

作者：程壑蒋孝勇李孟委安永泉中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

研究了高冲击下加速度计的响应理论和仿真分析方法,为解决现有加速度计成本高、测试周期长以及实验分析难度大等问题提供方法.首先根据加速度计动力模型进行数学建模仿真分析,后采用有限元分析软件ANSYS建立加速度计的实体、点线模型,... 详细信息

研究了高冲击下加速度计的响应理论和仿真分析方法,为解决现有加速度计成本高、测试周期长以及实验分析难度大等问题提供方法.首先根据加速度计动力模型进行数学建模仿真分析,后采用有限元分析软件ANSYS建立加速度计的实体、点线模型,考虑不同阻尼比下加速度计的动态性能,对其在瞬态高冲击下进行模拟仿真.最后,通过比对数学、实体、点线3种模型仿真结果,发现曲线吻合度高,表明ANSYS模拟精度高,同时证明了此种方法的准确性,为高冲击环境下的实测实验提供了前期的理论仿真分析方法.

关键词： MEMS加速度计高冲击响应瞬态分析 ANSYS 阻尼比

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宽频带多功能小型三轴转台结构设计

中北大学学报（自然科学版） 2020年第3期41卷 214-219,237页

作者：李登李孟委张鹏中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学南通智能光机电研究院江苏南通226000

三轴转台是用于惯性元件测试、半实物仿真的复杂光机电设备,它的性能指标直接影响到空间飞行器和运载体的控制和导航精度.本文设计了一台宽频带多功能小型三轴转台,用于对MEMS惯组进行标定,同时可以仿真车载、弹载、机载等环境,另外还... 详细信息

三轴转台是用于惯性元件测试、半实物仿真的复杂光机电设备,它的性能指标直接影响到空间飞行器和运载体的控制和导航精度.本文设计了一台宽频带多功能小型三轴转台,用于对MEMS惯组进行标定,同时可以仿真车载、弹载、机载等环境,另外还具有离心机和稳定平台等多种功能.首先,结合标定测试、环境模拟、离心机等多种功能要求,对三轴转台进行结构设计,建立了实体模型,将模型适当处理后导入Ansys进行动静态特性分析;然后针对转台带宽指标,对转台伺服系统进行了建模分析.分析结果表明,所设计的转台符合各项性能指标要求.

关键词：宽频带三轴转台机械结构设计有限元分析

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纳米光栅微陀螺噪声分辨率分析

中北大学学报（自然科学版） 2017年第2期38卷 225-230页

作者：王宾李孟委吴倩楠耿浩王高中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学微系统集成研究中心山西太原030051 中北大学理学院山西太原030051

针对现有的微机械陀螺噪声分辨率难以降低的问题,设计了一种基于纳米光栅检测的微陀螺,阐述了纳米光栅微陀螺的工作原理,分析了微陀螺的动力学方程,设计了微陀螺结构,该微陀螺结构灵敏度达到21.27nm/°/s.设计了应用于微陀螺的纳米光栅... 详细信息

针对现有的微机械陀螺噪声分辨率难以降低的问题,设计了一种基于纳米光栅检测的微陀螺,阐述了纳米光栅微陀螺的工作原理,分析了微陀螺的动力学方程,设计了微陀螺结构,该微陀螺结构灵敏度达到21.27nm/°/s.设计了应用于微陀螺的纳米光栅结构,其衍射灵敏度为0.001 75mW/nm.在SIMULINK中对纳米光栅微陀螺的灵敏度进行了仿真,纳米光栅微陀螺灵敏度为37mV/°/s.计算结果表明,纳米光栅微陀螺的噪声分辨率达到了2.903×10^(-4)°/h/Hz^(1/2).

关键词：纳米光栅微陀螺动力学灵敏度噪声分辨率