基于圖形化soi襯底的氮化鎵微驅(qū)動(dòng)器的研究

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5、EngineeringByLvFanminSupervisor:Prof.HuFangrenFebruary2016摘要光微機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）由于其微型化、可集成化、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)成為21世紀(jì)研究的熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)、光學(xué)顯示、光電子器件等領(lǐng)域，推動(dòng)了通信、醫(yī)療、軍事、航空航天等事業(yè)的快速發(fā)展。作為MOMES的驅(qū)動(dòng)單元，靜電梳齒結(jié)構(gòu)微驅(qū)動(dòng)器的研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。另外，第三代寬半導(dǎo)體材料氮化鎵具有寬直接禁帶、發(fā)光性能優(yōu)異，在高溫、高頻、大功率工作條件下性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，成為MOEMS的理想材料。氮化鎵的生長(zhǎng)基片主要是藍(lán)寶

6、石、碳化硅、硅/SOI基片。由于SOI基片上可以生長(zhǎng)出較大面積的氮化鎵薄膜，且與硅的微加工技術(shù)兼容，SOI基氮化物的新型集成器件可能成為一個(gè)有發(fā)展前途的研究方向。因此，本文對(duì)基于圖形化SOI襯底的氮化鎵靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了研究。本文利用COMSOL有限元軟件對(duì)硅基GaN靜電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了建模仿真，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器性能的影響。對(duì)硅基GaN靜電驅(qū)動(dòng)器的前六階模態(tài)的本征頻率與振型進(jìn)行了分析，得到一階模態(tài)和三階模態(tài)。在硅基GaN靜電驅(qū)動(dòng)器研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于SOI襯底的氮化鎵可動(dòng)微光柵，該光柵利用靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器，在水平和垂

7、直方向?qū)崿F(xiàn)正交運(yùn)動(dòng)。利用導(dǎo)模共振理論對(duì)光柵進(jìn)行了仿真，得到共振峰在25.742μm的光柵設(shè)計(jì)。從理論上對(duì)水平與垂直位移進(jìn)行了公式推導(dǎo)，然后用COMSOL軟件仿真優(yōu)化，并對(duì)氮化鎵可動(dòng)微光柵進(jìn)行了模態(tài)分析。器件設(shè)計(jì)完成后，在圖形化SOI襯底上采用分子束外延生長(zhǎng)氮化鎵從而完成該器件的制備。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了微光柵在驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)下產(chǎn)生的位移。水平位移的理論值與實(shí)際值之間存在偏差，而垂直位移與電壓的平方呈線性關(guān)系。為了研究在圖形化SOI襯底上采用氮化鎵分子束外延得到的多量子阱的光學(xué)性能，用激光拉曼光譜儀測(cè)試了氮化鎵膜的光致發(fā)光光譜，并對(duì)光譜進(jìn)行

8、了分析。關(guān)鍵詞:微機(jī)電系統(tǒng)，梳狀靜電微驅(qū)動(dòng)器，圖形化SOI襯底，氮化鎵，光柵IAbstractDuetoitsadvantagesofminiaturization,monolithicintegrationandmas