一種諧振器納米梁靜電控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種諧振器納米梁靜電控制裝置，屬于電子器件技術領域。
【背景技術】
[0002] 納米梁振動非線性效應控制是制約納米機電系統（Nano Electromechanical System，簡稱NEMS)器件廣泛應用的一個難題。
[0003] 在NEMS器件中，做機械運動的構件通常可以簡化為納米梁，在參數激勵和外激勵 耦合作用下，納米梁靜電耦合非線性系統響應呈現出較為豐富的非線性動力特性，具體表 現為系統響應隨系統參數的變化呈現出周期、擬周期和混沌運動交替演變的復雜過程，還 容易發生諸如彈簧硬化或軟化、突跳、遲滯、吸合不穩定、頻率漂移等非線性現象。
[0004] 由于納米梁具有小尺度和小阻尼，結構振動極易進入非線性振動狀態，另一方面 空間的非平面振動導致共振頻率的迀移，這都將會導致諧振器納米梁結構振動的不穩定和 諧振點的偏移，進而影響最佳頻率的匹配和電子設備的工作穩定性，因而，需要對納米梁的 非線性振動共振加以控制。
[0005] 本發明以納米制造中納米梁為關鍵構件諧振器的穩定振動需求為背景，以避 免諧振器納米梁靜電驅動出現非線性振動為目標，利用石墨烯薄膜電阻阻值隨著納米 梁彎曲變形而變化的特性（Kim K S，Zhao Y，Jang H，ei a/ Large-scale pattern growth of grapheme films for stretchable transparent electrodes. Nature，2009， 457:706-709)提取納米梁振動信號，以該信號作為控制信號進行納米梁振動控制，解決納 米器件振動不穩定問題。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于避免諧振器納米梁靜電驅動出現的有害非線性現象，發明一種 諧振器納米梁靜電控制裝置，利用軸平行板控制器產生的軸向控制力控制納米梁的非線性 振動，使納米梁振動處于類線性的穩定振動。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種諧振器納米梁靜電控制裝 置包括驅動裝置、信號提取裝置和控制裝置三部分組成，其特征在于：驅動裝置包括信號 源、驅動電極和納米梁，其中信號源一端連接驅動電極，另一端連接納米梁，且驅動電極位 于納米梁下方，并與納米梁平行，信號源與驅動電極和納米梁串聯；信號源產生交流電壓 信號為，：
，式中，偽驅動電壓，％為驅動電壓幅值，《為驅動信號頻率， ?為時間，納米梁產生^
的簡諧振動，式中i示振動位移，Λ為振動幅值，


J分別是楊氏彈性模量、轉動慣量，單位長度的 質量密度和橫截面面積，C為粘彈性系數，^是納米梁的寬度，g為驅動電極與納米梁下表 面的距離，J為納米梁的長度，必為納米梁的模態函數，f。= 8. 854 -10 12C2N 1Hi213
[0008] 信號提取裝置包括石墨烯薄膜傳感器、供電電源和分壓電阻，三者組成一個閉合 電路；其中石墨烯薄膜傳感器一端與供電電源相連，另一端與分壓電阻串連；輸入到控制 裝置的控制電壓
式中，^為石墨烯薄膜傳感 器電阻阻值，r為分壓電阻阻值，P為石墨烯薄膜傳感器電阻率，為為的橫截面積，A為納 米梁厚度的一半，r為納米梁的撓度值，^和X2分別為石墨烯薄膜傳感器左端和右端的位 置坐標，〖為控制電源電壓值，0 z表示
，&為控制電壓控制參數。
[0009] 控制裝置包括石墨烯薄膜傳感器、濾直流電容、電壓放大器和軸向平行板控 制器，其中石墨稀薄膜傳感器一端連接濾直流電容，另一端連接軸向平行板控制器左 極板，濾直流電容另一端連接電壓放大器的一端，電壓放大器另一端連接軸向平行板 控制器右極板；作用于軸向平行板控制器兩極板的非線性振動控制電壓放大增益為

，<3和A分別為軸向平行板控制器極板的長度和寬度，4 為軸向平行板控制器兩極板間的距離，f為真空介電常數。
[0010] 所述石墨烯薄膜傳感器粘貼在納米梁的上表面或者下表面，當納米梁產生變形 時，石墨烯薄膜傳感器隨著納米梁彎曲振動發生沿著軸向的長度伸長和縮短變化，石墨烯 薄膜傳感器的長度變化時，其電阻阻值隨之變化，其兩端電壓也隨之變化，進而產生與納米 梁彎曲變形一致的電壓信號。
[0011] 石墨烯薄膜傳感器與軸向平行板控制器串聯，石墨烯薄膜傳感器兩端產生的控制 信號經電壓放大器放大后施加于軸向平行板控制器兩個極板，軸向平行板控制器產生與控 制信號一致的軸向控制力，該控制力沿軸向方向牽引納米梁，對納米梁非線性振動進行控 制。
[0012] 本發明與現有技術相比，其優點在于： 1. 本發明利用石墨烯薄膜電阻值隨著其變形而變化的特性，利用石墨烯薄膜變化的 電壓信號作為控制輸入信號，將石墨烯薄膜作為電壓感應器應用于納米梁的非線性振動控 制； 2. 本發明利用軸向平行板控制器進行納微結構軸向控制，有效進行納米梁的非線性振 動控制，使納米梁振動處于類線性的穩定振動，符合納微電子器件在時鐘、調諧等電路中穩 定振動的需要；器件尺寸較小，符合納米梁微小尺度的設計理念。
【附圖說明】
[0013] 圖1為諧振器納米梁靜電控制裝置示意圖。
[0014] 圖2為信號提取裝置電路示意圖。
[0015] 圖3為諧振器納米梁幅頻曲線圖。
[0016] 圖中：1、信號源；2、驅動電極；3、納米梁；4、石墨烯薄膜傳感器；5、供電電源；6、 分壓電阻；7、濾直流電容；8、電壓放大器；9、軸向平行板控制器。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明： 如圖1和圖2所示，一種諧振器納米梁靜電控制裝置包括驅動裝置、控制裝置和信 號提取裝置三部分組成，所述驅動裝置包括信號源1、驅動電極2和納米梁3,其中信號源 1 一端連接