摘要：MEMS / NEMS致动器的Pull-in行为和参数分析已经被许多作者广泛研究，并考虑到分子间力的效应，如范德华力和卡西米尔力，其Pull-in电压VPI对器件性能通常有重要的影响，本文研究了包含表面效应、边缘场和卡西米尔吸引力共同影响的双臂纳米致动器模型的Pull-in不稳定性。提出了一种新的四次多项式作为偏转期间双臂梁的形状函数，并满足所有四个边界值。使用高斯正交规则用于处理涉及的积分，其设计参数保留在评估公式中。分析表达式是针对双臂梁的中端偏转和Pull-in参数得出的，微机电系统（MEMS）双臂执行器和独立的纳米致动器被认为是两种特殊情况。对所得表达式进行了检验，结果表明所得表达式具有较高的精度。由此证明所提出的方法便于分析表面的效应，卡西米尔力和边缘场对Pull-in参数的影响。81443

毕业论文关键词：微机电系统（MEMS），纳机电系统（NEMS），卡西米尔力，Pull-in，四次形状函数

Pull - in instability analysis of fixed-fixed beam micro / nano electromechanical system

Abstract: Pull-in behavior and parametric analysis of MEMS / NEMS actuators have been extensively studied by many authors and taking into account the effects of intermolecular forces such as van der Waals force and Casimir force, the Pull-in voltage VPI on device performance In this paper, we study the Pull-in instability of a fixed-fixed nano-actuator model with the combined effect of surface effect, edge field and Casimir attraction。 A new quadratic polynomial is proposed as the shape function of the fixed-fixed beam during the deflection and satisfies all four boundary values。 The Gaussian orthogonal rules are used to deal with the integrals involved, and their design parameters remain in the evaluation formula。 The analytical expression is based on the mid-range deflection and Pull-in parameters of the double-arm beam。 Microelectromechanical system (MEMS) arms actuators and independent nano-actuators are considered two special cases。 The results show that the obtained expression has high accuracy。 This proves that the proposed method facilitates the analysis of the effects of surface effects, the Casimir force and the edge field on the Pull-in parameter。

Key words: micro-electromechanical system (MEMS), nano-electromechanical system (NEMS), Casimir force, pull-in instability, quartic shape function

目录

1。 绪论 3

1。1 MEMS的基本概念及特点 3

1。1。1。 基本概念 4

1。1。2。 微机电系统的典型特征 4

1。2 微机电系统的研究范畴 5

1。2。1。 理论基础 5

1。2。2。 技术基础 6

1。2。3。 应用基础 6

1。3 微/纳机电系统将来发展趋势 7

1。4 Pull-in失稳现象 7

2。 建立模型 8

2。1 双臂MEMS / NEMS致动器 8

2。2 建立参数模型 9

3。 四次形状函数和Pull-in参数 11

4。 结论 20

5。 致谢 20

6。 参考文献 21

7。 附录 22

1。绪论

微系统设计现在已经横跨众多工程学科领域，也是现今非常多的重点大学研究的研究对象。本文简单概述了微/纳机电系统（MEMS / NEMS）的基础，先从其基本概念及典型特点，研究应用领域和未来发展趋势等多个方面进行介绍。然后引入微机电系统中吸合现象的研究状况以及本文要研究的主要内容。