基于几何相位分析的Nb-Si{001}界面应变研究

用高分辨电子显微成像和几何相位分析,研究不同溅射气压下制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态。结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间存在铌、硅元素的混合层;当溅射气压为0.65 Pa,0.85 Pa和1 Pa时,硅基体中应变ε_(xx)分别是–0.16%,–0.30%和0.42%,ε_(yy)分别是–1.23%,–0.31%和0.26%,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变。     

原子氧环境对硅凝胶材料的侵蚀效应研究

简述了DC93-500和GN511硅凝胶材料原子氧环境试验过程,分析和考察了DC93-500和GN511硅凝胶材料在原子氧环境作用下的侵蚀效应,探索了原子氧环境对硅凝胶材料的作用机理.结果表明在原子氧环境作用下,DC93-500和GN511硅凝胶材料样品的可见光透射率明显下降;样品表面被氧化并出现龟裂裂纹和凸起的小岛;随着原子氧作用累积通量的进一步增加,样品表面会由于小岛被剥落而发生质损现象;相对于GN511而言,DC93-500硅凝胶材料在原子氧环境下的结构和性质较为稳定.     

面向壁面剪应力测量的底层隔板微敏感结构设计与制造

 采用MEMS技术加工的底层隔板能够为壁面剪应力的测量提供新的手段。利用有限元法(FEM)建模仿真、正交实验设计以及各因素的极差分析,考查了微敏感结构宽度、厚度和凸出壁面高度对底层隔板固有频率和压阻灵敏度的影响规律,完成了底层隔板的结构优化设计。仿真结果显示:微敏感结构厚度对隔板固有频率和灵敏度影响最大,提升敏感结构高度能够有效提高压阻灵敏度,固有频率和压阻灵敏度受微敏感结构宽度变化影响很小。基于绝缘体上硅技术,利用电感耦合等离子体刻蚀工艺形成底层隔板结构,反应离子刻蚀工艺完成对敏感结构的释放,所加工底层隔板的整体尺寸为5.9 mm×10.1 mm×0.39 mm。底层隔板的动态特性测试表明样件固有频率为1 453.1 Hz,与有限元仿真结果的最大偏差为4.4%。     

侧喷式微型压电合成射流器制作及其振动测试

结合主动流动控制需求,针对研发的侧喷式微型压电合成射流器提出了一种加工工艺并进行了振动性能测试。主要的微加工工艺流程包括:采用体硅感应耦合等离子刻蚀技术加工喷口和腔体,硅-玻璃阳极键合,利用新的PZT刻蚀溶液对基于硅的PZT压电振膜图形化。引线键合并划片之后,对制作器件的压电振子进行了测试。结果表明,压电振子谐振频率为5kHz,中心处最大振幅为15.05μm,振动速率为472.2mm/s。压电振子的振幅和振动速率变化一致,同时受到驱动电压幅值和频率的影响。     

毫米级空气轴承的结构与MEMS制造工艺研究

为了研究应用于微型推进系统的微型空气轴承(Micro Air Bearing,MAB)的结构形式及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)制造工艺,在保证性能需求的前提下,充分考虑轴承结构与MEMS工艺尤其是多层硅直接键合技术(Silicon Direct Bonding,SDB)的兼容性,提出了总厚度为1.5mm的新型结构形式并制定了完整的制造工艺流程;针对微型空气轴承制造的3B(Bearing,Blade,Bonding)挑战,采用变量实验的方法,研究了刻蚀参数对于轴承结构精度的影响规律,轴承侧壁垂直度达到89°,侧壁粗糙度小于10nm,消除了腐蚀扩散等常见的MEMS工艺缺陷,提高了叶片结构的完整性和均匀性,获得了多层硅直接键合的最优工艺参数,通过MATLAB图像处理程序定量分析三层直接键合率达到85%,优于之前报道的结果。研究结果说明,MEMS制造工艺能够用于微型空气轴承的制造,但在结构设计中必须考虑工艺兼容性,刻蚀的偏压功率和腔体压力对于径向轴承的侧壁垂直度和粗糙度具有重要影响,在刻蚀叶片时必须调整刻蚀保护循环比来保证其结构的完整性和均匀性,减少键合层数和应力累积水平对于多层硅直接键合率的提升具有重要作用。     

利用电化学方法制备有序多孔硅阵列

采用电化学刻蚀的方法，在自制的电解槽中制备n型〈100〉晶向多孔硅条状阵列。通过扫描电子显微镜对生成的多孔硅进行形貌观察，并对多孔硅条状阵列的生长速率与形貌进行了初步的理论分析和实验研究。实验结果表明，多孔硅的生长速率主要由临界电流密度决定，多孔硅生成初始阶段产生锥形刻痕的原因是初始电流密度比较小，加大电流密度可以消除刻痕。多孔硅分又是由孔间距远远大于自由电荷区而产生的，而深槽中出现分立小孔的原因是反应产生的氢气阻碍了阳极氧化的进行。本实验结果对开展多孔硅进一步的研究工作具有指导意义。     

低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术

原子氧是影响低地球轨道航天器在轨性能的重要空间环境因素之一,其氧化性对航天器表面材料及舱外组件造成损伤,严重影响航天器在轨寿命。针对此问题提出了一种原子氧仿真分析方法,以此对长期低轨运行的载人航天器模型在轨期间表面遭受到的原子氧累积通量进行分析,仿真结果与NASA实测飞行数据比较,二者吻合很好。本仿真计算方法可用于低轨飞行器原子氧防护设计,仿真结果可作为试验依据。     

不同环境温度对30cm离子推力器三栅极组件的离子刻蚀速率影响分析

为了对不同环境温度造成的30cm离子推力器三栅极组件离子刻蚀速率的影响进行分析,采用有限元仿真与试验验证相结合的方法,计算并试验验证了不同环境温度下的三栅极组件热平衡温度以及栅极间的相对位移变化,采用流体方法模拟了不同环境温度(20℃,-70℃,-120℃和-170℃)对三栅极组件的刻蚀影响,并结合短期寿命试验结果进行验证。结果显示:随着环境温度的降低,屏栅达到温度平衡的时间无变化,而加速栅温度平衡所需的时间则明显延长,20℃下的屏栅和加速栅热仿真结果与室温下推力器热平衡试验结果比对误差分别为7%和5%;其次环境温度的降低,会导致屏栅与加速栅的中心间距和边缘间距均缩小,而加速栅和减速栅的边缘间距却逐渐拉大,仿真结果与栅极热间距摄像测量结果符合性较好;根据三栅极组件的栅孔径扩大率随环境温度变化的计算结果来看,加速栅中心和减速栅边缘是离子刻蚀的主要位置,轰击至加速栅中心区域的离子数速率约是边缘的3倍,而轰击至减速栅边缘区域的离子数速率是中心的2.5倍,且环境温度的降低对加速栅中心区域离子刻蚀的影响更为强烈;经2100h的寿命试验验证,仿真结果与试验结果基本符合,误差经分析认为主要来自于流体方法的参数设置过程以及栅孔壁面均匀刻蚀的计算假设。     

钇对Ti-Ti5Si3共晶合金微观组织和力学性能的影响

研究了稀土元素钇（Y）对Ti-Ti5Si3共晶合金的微合金化作用。微观组织分析表明,添加微量Y,可以改变原始钛硅合金的共晶团形态和组织形貌。适量Y的加入（原子比0．025％）,不仅使共晶团中粗大的Ti5Si3相颗粒明显细化和钝化,而且合金的微观组织也更加均匀。合金的室温压缩塑性和强度也得到了有效提高。稀土元素Y对钛硅合金的作用,很可能是因为Y原子替代了Ti5Si3相中的部分Si原子,形成硅化物Ti5（Si,Y）3所致。     

二氧化硅反应离子刻蚀中的微负载效应研究

对二氧化硅反应离子刻蚀中反应室压力,刻蚀气体流量和射频功率等因素对刻蚀速率和刻蚀均匀性的影响进行了研究。结果表明,通过对反应室压力、刻蚀气体流量和射频功率的调节,可以降低微负载效应的影响,得到良好的刻蚀均匀性。