结构光三维成像中广泛使用的数字光处理（DLP）投影仪存在结构复杂、设备体积大及投影非线性等问题，制约了结构光三维成像在高探测精度、小探测场景领域的应用。提出了一种集成超表面阵列和微机电系统（MEMS）二维扫描平台的结构光投影芯片设计。设计了基于几何相位原理的超表面阵列，用于生成格雷码和相移法混合编码结构光条纹。通过二维扫描平台突破单一静态超表面的限制，实现了基于时间编码的结构光条纹投影。结果表明：所设计的超表面结构对入射光具有良好的线性相位调制能力，光源转换效率为88.61%；生成的相移条纹符合正弦分布特性，很好地解决了DLP投影非线性问题；产生的条纹宽度均匀，最小宽度为2 mm，探测精度可达亚毫米级。有限元分析结果表明：所设计的二维平台的最小模态频率为511.91 Hz，抗干扰能力强，响应时间为2.4 ms，帧率为333 Hz，投影速率高。芯片尺寸为3 mm×3 mm。最后设计了芯片的集成制造工艺流程，为高探测精度、高投影速率微型化投影设备的制造提供了理论模型和系统解决方案。

针对当前微机电系统(MEMS)发展对小型化封装的需求，设计了一种高可靠性、低成本、高深宽比的硅通孔(TSV)结构工艺流程。该工艺流程的核心是双面盲孔电镀，将TSV结构的金属填充分为正、反两次填充，最后获得了深度为155 μｍ、直径为41 μｍ的TSV结构。使用功率器件分析仪对TSV结构的电学性能进行了测试，使用X光检测机和扫描电子显微镜(SEM)分别观察了TSV结构内部的缺陷分布和填充情况。测试结果证明，TSV样品导电性能良好，电阻值约为1.79×10-3 Ω，孔内完全填充，没有空洞。该研究为实现MEMS的小型化封装提供了一种解决方法。

方块谐振器的品质因数(Q)很高，但是插入损耗也很大。为了得到低相噪的微机电系统(MEMS)振荡器，需要进一步提高方块谐振器的Q 值，降低谐振器的插入损耗。通过支撑梁位置的合理设计可以达到极小的锚点损耗，从而实现非常高的品质因数。采用二阶面切变模态方块谐振器的设计方法，表现出了很多的优越性：Q 值更高，动态电阻更小(在间隙为0.25 μm 时达到82.1 Ω)。基于这种新型谐振器设计出的振荡器实现的相位噪声为：–156 dBc/Hz@1 kHz。

为了研制具有高导通电流和高导通速率能力的单触发开关,利用微加工技术制备了基于Parylene C的三明治结构单触发开关.在主回路充电电压1.0 ~1.6 kV的范围内,分析了开关触发回路电流、电压特性,导通峰值电流、上升时间、开关延迟时间,并且对单触发开关的电感、电阻做了估算.结果表明,基于Parylene C的单触发开关性能优于基于聚酰亚胺的单触发开关;随着开关加载电压的升高,开关导通的峰值电流呈现不断增大的趋势,但是上升时间几乎不变,其延迟时间分布在1~200 μs之间,呈随机性分布,开关电阻随其作用时间增加不断增大.

为了提高传感器的品质因数，有效保护谐振器，提出了一种基于绝缘体上硅（SOI）-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统（MEMS）压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术（DRIE），分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜；然后，通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后，利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔，通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接，成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明：该真空封装方案简单有效，封装气密性良好；传感器在10 kPa~110 kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99 999 542。

设计并研制了一种新型光纤法布里珀罗压力传感器，通过光刻、硅片刻蚀、阳极键合等微机电系统技术制作而成，适合恶劣环境下、狭小空间内的微压环境压力测量。详细阐述了传感器的结构设计和制作方式。该设计巧妙地利用了光纤法兰盘，保证了光纤端面与敏感膜的平行，从而形成高质量的法布里珀罗干涉腔。该结构也有利于初始腔长的稳定，减小了传感器误差。建立了实验解调系统，对其压力、温度等特性进行了详细的测试。实验结果表明，在0~0.1 MPa的压力范围内，传感器线性度好，重复性高，灵敏度达到了61.6 μm/MPa。

为了对硅V型槽的结构进行测量，采用热光源谱域光学相干层析成像法，进行了理论分析和实验验证，取得了硅V型槽的1维深度和2维层析图像，获得了硅V型槽的深度、上部宽度和底部宽度数据分别为145.38μm，212μm和32μm。结果表明，该测量结果与扫描电子显微镜测量值基本一致。这对微机电系统结构测量是有帮助的。

回顾了光束扫描技术的发展历程, 重点分析微机电式和纯电控非机械式光束扫描技术的特点, 并综合对比它们各自的技术优势, 最后指出在高速率光通信系统中, 由于纯电控非机械式光束扫描技术得到广泛应用, 因此必须考虑该技术的色散特性对高速光通信系统误码率的影响。

设计了一种无线倾角传感器来检测地下隧道的结构变形，并研究了该无线倾角传感器所采用的温度补偿和数字滤波算法。首先，根据地下隧道结构特点，结合微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术，给出无线倾角传感器的硬件结构，并描述了传感器实现无线通信和可视化上位机界面的软件设计流程。然后，针对地下隧道温度变化大、振动扰动频繁等因素，分析其对传感器精度的影响，实现了对无线倾角传感器的温度补偿。最后，通过对传感器数据噪声频谱分析，选择数字滤波方法，充分抑制振动对传感器的影响，提升了无线倾角传感器的测量精度。实验结果表明：无线倾角传感器在±30°范围内的测量精度为0.05°，符合地下隧道变形检测的功能需求。

提出了基于两步低温阳极键合工艺的碱金属蒸气腔室制作方法，用于实现原子钟、原子磁力计及原子陀螺仪等器件的芯片级集成。由微机电系统(MEMS)体硅工艺制备了腔室结构。首先采用标准工艺将刻蚀有腔室的硅圆片与Pyrex玻璃阳极键合成预成型腔室，然后引入氮缓冲气体和由惰性石蜡包覆的微量碱金属铷或铯。通过两步阳极键合来密封腔室，键合温度低于石蜡燃点198 ℃。第一步键合预封装腔室，键合电压小于缓冲气体的击穿电压。第二步键合在大气氛围中进行，电压增至1 200 V来增强封装质量。通过高功率激光器局部加热释放碱金属，同时在腔壁上形成均匀的石蜡镀层以延长极化原子寿命。本文实现了160 ℃的低温阳极键合封装，键合率达到95%以上。封装的碱金属铷释放后仍具有金属光泽，实现的最小双腔室体积为6.5 mm×4.5 mm×2 mm。铷的吸收光谱表明铷有效地封装在腔室中，证明两步低温阳极键合工艺制作碱金属蒸气腔室是可行的。