Influence of electrode nonparallelism on micromechanical capacitor characteristics
Влияние непараллельности электродов на характеристики микромеханических конденсаторов

Valery Dragunov, Vitaly Dorzhiev, Danil Loyko
2016 Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences  
При разработке и создании электростатических МЭМС возникает необходимость в определении электрической емкости и электростатических сил, действующих между различными частями конструкции. Эти параметры могут быть рассчитаны с использованием различных подходов. Наиболее точные оценки позволяют получить различные САПР, основанные на методах конечных или граничных элементов, однако такой подход требует большого количества времени, а также затрудняет дальнейшие процессы оптимизации и проектирования.
more » ... и проектирования. Поэтому большой интерес представляет поиск аналитических выражений, позволяющих вычислять емкости и силы с достаточной для практических применений точностью. В данной работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния непараллельности электродов на электрические емкости и силы в МЭМС с двухэлектродной и гребенчатой конструкцией электродов. Для МЭМС с двухэлектродной конструкцией электродов приведены зависимости емкости от величины межэлектродного зазора, полученные экспериментально при разных углах наклона электродов, а также аппроксимационные формулы для расчета емкости с учетом краевых эффектов. Рассчитаны зависимости емкости от величины межэлектродного зазора при различных углах наклона электродов. Проведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов и показано их хорошее совпадение. Получено выражение для расчета электростатической силы, приходящейся на единицу длины электрода, двухэлектродного конденсатора с непараллельными электродами. Найдено выражение для электростатической силы, приходящейся на единицу длины электрода у конденсатора с гребенчатой конструкцией электродов, при постоянном напряжении между электродами и малых углах наклонов электродов. Ключевые слова: конденсатор, электрическая емкость, непараллельные электроды, краевые эффекты, МЭМС, аппроксимационные формулы. Введение В настоящее время микросистемная техника стала одним из наиболее динамично развивающихся направлений мировой индустрии. Основой для столь стремительного скачка послужили разработки различных миниатюрных инерциальных систем, микродвигателей и преобразователей. Технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС) позволили значительно уменьшить массогабаритные показатели, энергопотребление и стоимость изделий, благодаря чему МЭМС завоевывают все новые и новые сферы применения [1] [2][3][4]. Проблема разработки и производства новых МЭМС-устройств может быть решена с помощью применения новых технических решений и методик проектирования на основе все более точных математических моделей функционирования. Необходимость достижения высоких технико-экономических показателей МЭМС-изделий ставит перед разработчиками комплекс новых актуальных задач, таких как учет физических свойств новых конструкционных материалов, изучение влияния технологических погрешностей и условий функционирования на характеристики МЭМС.
doi:10.17212/1727-2769-2016-3-54-64 fatcat:6v2okmdbqjbzfdhg5r5vaynmu4