基于碳納米管的NEMS開關的設計、仿真及工藝研究.pdf

1、納米機電系統(tǒng)（NEMS）作為MEMS技術的延伸和發(fā)展，正受到越來越多的關注。碳納米管作為一種新型的納米材料，有著許多優(yōu)良的機電特性。如良好的導電性，極高的強度、彈性、抗疲勞性以及低密度?；谔技{米管的NEMS開關與傳統(tǒng)的MEMS開關相比，也有著很多優(yōu)點，如極高的特征頻率，極小的體積等，因此研究NEMS開關對于通信、軍事等技術方面都將有巨大的推動作用。
　　本文主要研究基于碳納米管的NEMS開關的性能和設計。根據(jù)連續(xù)體力學原理，利用

2、有限元分析軟件ANSYS的Multiphysics模塊建立了納米開關的有限元模型，并對其進行靜電-結(jié)構(gòu)耦合場仿真分析。PULL-IN電壓是MEMS/NEMS開關中一個極為重要的參數(shù)，它的大小影響到開關的正常工作以及能量損耗，因此本文著重研究了不同驅(qū)動電壓下開關的位移，并進一步得到器件的PULL-IN電壓。利用ANSYS中耦合場分析的三種重要方法，分別對NEMS開關進行建模分析，并比較三種方法的優(yōu)缺點。三種方法分別是基于MFS(Multi

3、-field(TM) Solver)的順序耦合法，基于三維ROM144單元的降階模型(ROM)方法和基于TRANS126單元的直接耦合法。ANSYS的三種耦合場分析方法各有所長，可以根據(jù)研究重點的不同加以選擇。根據(jù)研究需要，分別建立和研究了懸臂梁式NEMS開關以及兩端固定式NEMS開關的模型。此外，著重分析了有限運動學（大變形）對NEMS開關性能的影響。仿真結(jié)果表明，大變形會大大增加兩端固定式的NEMS開關的pull-in電壓，而對于懸