基于图形化SOI衬底的氮化镓微驱动器的研究

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光微机电系统(MOEMS)由于其微型化、可集成化、可批量生产等优点成为21世纪研究的热点,广泛应用于光通信系统、光学显示、光电子器件等领域,推动了通信、医疗、军事、航空航天等事业的快速发展。作为MOMES的驱动单元,静电梳齿结构微驱动器的研究具有巨大的现实意义。另外,第三代宽半导体材料氮化镓具有宽直接禁带、发光性能优异,在高温、高频、大功率工作条件下性能优越等优点,成为MOEMS的理想材料。氮化镓的生长基片主要是蓝宝石、碳化硅、硅/SOI基片。由于SOI基片上可以生长出较大面积的氮化镓薄膜,且与硅的微加工技术兼容,SOI基氮化物的新型集成器件可能成为一个有发展前途的研究方向。因此,本文对基于图形化SOI衬底的氮化镓静电梳状微驱动器进行了研究。本文利用COMSOL有限元软件对硅基GaN静电驱动器进行了建模仿真,分析了结构参数对静电梳状微驱动器性能的影响。对硅基GaN静电驱动器的前六阶模态的本征频率与振型进行了分析,得到一阶模态和三阶模态。在硅基GaN静电驱动器研究的基础上,设计了基于SOI衬底的氮化镓可动微光栅,该光栅利用静电梳状驱动器,在水平和垂直方向实现正交运动。利用导模共振理论对光栅进行了仿真,得到共振峰在25.742μm的光栅设计。从理论上对水平与垂直位移进行了公式推导,然后用COMSOL软件仿真优化,并对氮化镓可动微光栅进行了模态分析。器件设计完成后,在图形化SOI衬底上采用分子束外延生长氮化镓从而完成该器件的制备。最后,通过实验测试了微光栅在驱动器带动下产生的位移。水平位移的理论值与实际值之间存在偏差,而垂直位移与电压的平方呈线性关系。为了研究在图形化SOI衬底上采用氮化镓分子束外延得到的多量子阱的光学性能,用激光拉曼光谱仪测试了氮化镓膜的光致发光光谱,并对光谱进行了分析。
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