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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳賢能
研究生(外文):Tien-Ln Chen
論文名稱:多功能數位運算微機電邏輯元件設計
論文名稱(外文):Design and Implementation fo The MEMS-based Multi-functional Logic Microdevices
指導教授:張興政
指導教授(外文):Hsing-Cheng Chang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:微機電微開關
外文關鍵詞:MEMSmicro-switch
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本文所設計之微機電邏輯閘係改善Hirata所提出之微開關結構,並將其所具有之邏輯功能由兩個擴充至五個。以矽製程微機電製程技術為基礎,藉由IntelliSuite微機電分析軟體,以有限元素法和邊界元素法探討微結構各尺寸變化與位移量之關係,以設計不同尺寸的微開關元件,相關微致動器製程由國科會中區微機電系統研究中心協助完成。MPMC提供三層複晶矽與一層金屬製程,在微開關結構中,以第一層複晶矽設計下驅動電極結構,第二層複晶矽設計上驅動電極與下接觸電極結構,金屬層則設計上接觸電極結構。在作微元件結構釋放時,由於殘餘應力與製程因素,使得上接觸電極結構產生嚴重彎曲與結構剝落現象,致使部分數據無法量測。本微邏輯閘施加適當的驅動電壓可實現---AND、OR、NAND、NOR和NOT此五種邏輯功能,藉由適當設計,此五種邏輯功能可完成微系統電源控制並滿足微系統中的控制需求,以提升微系統效能。經由實際量測,微邏輯閘的操作電壓範圍為-6~6伏特,最大功率消耗約為120毫瓦。
The MEMS logic gates, the microswitch construction improvement based on Hirata design and expanded logic function design from two to five, are proposed based on silicon-based MEMS technology. The finite element method and the boundary element method are used to analyze the relation between device’s dimension variation and displacement using IntelliSuite, a MEMS analysis software. The microswitch with different physical sizes are designed on the same chip. Microfabrication of the microactuators has been performed at the Central Regional MEMS Research Center supported by the National Science Council. The processes of MPMC project are three layers of polysilicon and one layer of metal. The first polysilicon layer is deposited as the bottom electrode. The second polysilicon layer is deposited as the top electrode and bottom contact electrode. The metal layer is deposited as the top contact electrode. In release etching process, residual stress and some process problems have been produced to bend and deform some top contact electrodes and microstructures seriously. Therefore, some mivrodevice’s performance paremeters can’t be measured. By applying right driving voltages, the microdevices can execute five kinds of logic function of AND, OR, NAND, NOR and NOT. These logic functions could increase microsystem efficiency by suitable combination for power control in the microsystem. By analyzing the measurement results, the actuation voltage of MEMS logic gates is between —6 and 6 volts, and maximum power consumption of the MEMS logic gates is about 120 micro Watts.
誌謝i
中文摘要ii
Abstractiv
目錄ivi
圖目錄vii
表目錄x
第一章 緒論1
1.1研究動機與目的1
1.2 文獻探討2
1.3 研究方法3
第二章 微機電製程技術與微邏輯閘原理5
2.1微製程技術5
2.2面型微機械製程7
2.2.1光微影製程技術8
2.2.2蝕刻技術8
2.2.3物理氣相沈積9
2.2.4化學氣相沈積10
2.2.5舉離法(Lift-off)技術11
2.3 MPMC製程與微元件製程規劃11
2.4微邏輯閘設計原理14
2.4.1靜電負載15
2.4.2吸附(Pull in)現象17
第三章 微致動器設計與模擬20
3.1微致動器邏輯功能與結構設計20
3.1.1微致動器邏輯功能之延伸24
3.2微致動器模擬25
3.2.1二分之一微模型結構模擬評估27
3.2.2微結構尺寸探討29
3.2.2.1 微結構之單一尺寸變化探討29
3.2.2.2 微結構之雙尺寸變化探討39
3.3MPMC結構模擬44
3.4靜電式雙金屬微開關之設計與應用57
3.4.1雙金屬靜電式微開關之熱應力設計原理58
3.4.2雙金屬微開關之應用61
3.4.3雙金屬靜電式微開關之製程規劃63
第四章 微致動器量測分析66
4.1犧牲層蝕刻製程分析66
4.2微致動器之量測71
第五章 結論與未來發展88
5.1結論88
5.2未來發展88
參考文獻90
附錄一93
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