静电驱动阶梯型微悬臂梁吸合电压分析

摘要：

针对静电驱动微机电系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)器件中常见的阶梯型微悬臂梁结构,提出一种吸合电压的计算方法.基于欧拉梁理论和修正的偶应力理论,运用能量法推导出吸合电压理论模型.采用试函数与待定系数的积来表示微悬臂梁位移,利用泰勒展开来简化求解过程.通过与有限元结果对比来验证模型的正确有效性,讨论试函数的选取以及泰勒展开阶数的确定,并与传统质量弹簧模型方法进行对比,最后研究其吸合特性.结果表明,泰勒展开阶数取8时截断误差可以忽略,试函数选择阶梯型微悬臂梁位移函数,理论模型预测误差小于5％,预测结果明显优于传统方法.吸合电压随宽度比增加而单调递增,随长度比增加出现先减小后增加的变化现象,可为低驱动电压MEMS器件设计提供参考.该理论模型中考虑了边缘场效应、尺度效应的影响,可应用于微纳米尺度的微悬臂梁的吸合电压预测.

关键词：阶梯型悬臂梁、尺度效应、边缘场效应、偶应力理论、吸合电压

所属期刊栏目：54

分类号：TH701;TN401(仪器、仪表)

资助基金：国家自然科学基金51505089;广东省自然科学基金2016A030313672

在线出版日期：2018-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：217-222