1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏 苏州 215123
在微机电系统微镜转轴处集成角度传感器，可用来检测镜面偏转角度实现闭环控制，但封装和实际工况的扰动会给微镜结构引入额外应力，造成压阻角度传感器的灵敏度漂移。为提高微镜在应用场景中偏转角的控制精度，减小封装热应力给集成压阻角度传感器带来的误差信号，提出了一种应力隔离结构。当环境温度变化时，微镜的封装会引入额外的应力，通过理论计算得到这种应力会引起芯片的轴向形变。为探究轴向形变对压阻角度传感器输出特性的影响，建立了压阻传感器的受力分析模型，计算结果表明，轴向应力会改变压阻角度传感器的输出幅值，是导致误差信号的主要因素。利用微纳加工技术制备集成压阻角度传感器的微镜，实验结果表明：传统结构芯片在12 μm的轴向拉伸和轴向压缩下，压阻角度传感器的灵敏度从19.22 mV/°增加到20.16 mV/°，变化幅度为0.94 mV/°，其灵敏度随着形变量呈现明显的发散趋势；而有应力隔离结构的芯片在相同形变条件下，传感器的灵敏度则从19.37 mV/°增加到19.67 mV/°，变化幅度收敛至0.3 mV/°，有效地提高了角度传感器在不同形变条件下的稳定性。在机械可靠性方面，两种结构均通过了抗冲击和抗振动测试。
微机电系统 MEMS微镜 压阻传感器 封装应力 应力隔离装置 Micro electro-mechanical system MEMS micromirror Piezoresistive sensor Packaging stress Stress isolation
1 西安工业大学光电信息工程学院,陕西 西安 710021
2 中科芯集成电路股份有限公司,江苏 无锡 214101
3 贵州大学大数据与信息工程学院,贵州 贵阳 550025
传统方案将单体式二维MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微镜作为扫描结构,但其制造工艺复杂且在工作过程中存在失效率高的问题。鉴于此,将成本更低廉的两个一维静电式MEMS微镜进行封装组合以得到二维扫描器件模块,通过对器件的设计和制造工艺的研究,最终研制出MEMS二维扫描器件模块,整个器件模块具有结构紧凑、制造工艺简单、成本低、可靠性高且易于批量制造的优点。实验结果表明,MEMS二维扫描器件模块在X轴方向的扫描光学角度可达48.0°（驱动频率为28.25 kHz,电压160 V）,在Y轴方向的扫描光学角度可达12.5°（驱动频率为3.80 kHz,电压为160 V）,光学性能可媲美单体式二维MEMS微镜,满足微型激光投影领域的使用需求。
光学器件 MEMS微镜 激光投影 二维扫描 集成封装 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0123001
1 贵州大学 大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
3 无锡微奥科技有限公司, 江苏 无锡 214135
为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪, 通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜, 在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时, 利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率, 并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择, 进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源, 钨灯宽带光作为待测光源信号, 通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明: 电热式微镜的位移量可达到500 μm, 光谱理论分辨率1 nm, 光谱仪整机尺寸小至62 mm×62 mm×28 mm。测试基线噪声为0.000 04, 基线重复性为0.000 32, 吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。
电热驱动 MEMS微镜 傅里叶变换红外光谱仪 基线噪声 吸光度 electro-thermal actuation MEMS micro-mirror Fourier transform infrared spectrometer base-line noise absorbance 红外与激光工程
2016, 45(5): 0520007
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
免标记、实时、高灵敏的生物检测是分析生物领域重要的技术。利用光波导模式理论构建生物传感器模型，设计了基于MEMS微镜的小型化生物传感检测系统，测试并分析了MEMS微镜的动态响应特性。通过计算仿真，得到了灵敏度与波导厚度和有效折射率之间的关系。以TE 模式和TM 模式进行葡萄糖溶液检测，实验结果表明，溶液浓度与入射角间呈现出良好的线性关系，灵敏度可达到5 ng/mL，相比传统的免疫学检测方法具有较高灵敏度。该方法由于检测系统体积小、结构简单、无标记，可实现原位检测，避免了对蛋白质活性的破坏，是一种具有较大潜力的蛋白质无标记光学检测方法。
传感器 光波导模式谱 光栅光波导 MEMS微镜 灵敏度
