视频信号的箝位、偏置和交流耦合
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视频信号的箝位、偏置和交流耦合
采用交流耦合视频信号时必须恢复直流电压，以确保信号位于下级电路的线性区域内。这项工作称为偏置，对于不同的视频信号需使用不同的电路，要求偏置点准确和稳定。对于正弦波信号，用阻容(R-C)耦合即可建立一个稳定的偏置电压。不幸的是，只有S视频端子的色度信号(C)类似于正弦波。而亮度(Y)、复合视频(Cvbs)和RGB信号都是从一个参考电平开始单向变化的合成信号，在参考电平以下附有同步脉冲。这种视频信号需要独特的偏置方法，称其为钳位，因为它将信号的一端钳置在一个参考电位上。传统的钳位电路为二极管钳位，其中叠加在视频信号上的同步脉冲使二极管导通。除此之外，还有其它形式的电路，例如，色差信号Pb和Pr、RGB信号，都可以较好地通过"键控钳位"方式处理。这种方式利用开关代替二极管，由外部信号控制视频钳位。“直流恢复”是一种新的偏置方法，它在键控钳位中增加了反馈环路，放置在ADC的前端，以提高偏置点的精确性。本文阐述了几种偏置方式的工作原理，以及每种方式所适合的信号。视频信号的交流耦合任何信号经过交流耦合后，耦合电容器将存储信号的平均值，信号源和负载之间直流电位的差值。为了说明不同信号对偏置点稳定性的影响，可以观察一下图1所示波形，负载为一个接地电阻，采用交流耦合方式连接正弦波和脉冲信号时，耦合后的信号直流电平发生了变化：正弦信号的直流电平大约为其振幅的一半，而脉冲信号的直流电平则是占空比的函数。这说明对于占空比变化的脉冲信号将需要更大的动态范围。由于这个原因，所有针对脉冲信号的放大器都采用直流耦合，保证所需的动态范围。视频信号类似于脉冲信号，所以更适合采用直流耦合。亮度、复合信号和RGB信号在“黑”电平和“白”电平之间变化，变化范围一般在0V~+700mV。视频信号可能附加有同步信号(如NTSC、PAL中的RGB信号)，也可能不包括同步信号(如PC机中采用独立的同步信号)。在单电源应用中，如DAC输出，同步期间的静态电平是不同的，这将影响到偏置方式的选择。双电源应用中，如果色度信号的静态电平在同步期间不是0V，它将类似于脉冲波，而非正弦波。尽管如此，视频信号必须采用交流耦合。用直流耦合连接两个不同的电源很危险，这通常是安全规范所禁止的。视频设备制造商通常对其设备输入端采用交流耦合方式，而在输出端采用直流耦合，需要下级电路重建直流分量。如果不能达成这样一个协议，必将导致“双重耦合”。这一规则的唯一例外是电池供电设备，如：便携式摄像机和照相机，采用交流耦合输出，以降低电池损耗。接下来的问题是：耦合电容需要多大的电容量。图1中，假定电容储存信号“平均电压”的时间(RC的乘积)大于信号的最小周期。这意味着RC网络的-3dB频率一定比信号的最低频率低6~10倍，以确保稳定的均值。这对电容容量的要求差异很大，举例来说，S视频端子的色度是一个脉冲调制的正弦波，其最低频率大约是2MHz。即使对于75W的负载，也只需要一个0.1mF的电容，除非需要传递行同步脉冲。对于亮度、Cvbs和RGB信号，则向下扩展到视频的帧速率(25~30Hz)。对于一个75W负载，-3dB频率为3~5Hz，这就需要大于1000mF的电容。如果使用的电容过小，会引起显示图像变暗，并可能导致图像扭曲。
视频信号的单电源偏置电路图2A所示的RC耦合可用于任何视频信号，只要 RC的乘积足够大，运放电源提供足够的正、负电压，传统方案中一般利用双电源供电实现。假定Rs与Ri具有相同的参考地，而且Rs等于Ri与Rf的并联阻值，运放能够抑制所有的共模干扰、保持最小的输出失调电压。-3dB频率等于1/(2pRsC)，而且，无论采用多大的耦合电容，电路都能保持它的电源抑制比(PSRR)、共模抑制比(CMRR)和动态范围。大多数视频电路采用了这种方式。随着数字视频和电池供电装置的出现，负极性电源成为昂贵的电源负担。早期的RC偏置电路如图2B所示，它增加了一个分压器，并假设R1=R2，图2B中的Vcc等于图2A中Vcc与Vee的总和，图2A与图2B很相似，但他们具有不同的交流性能。图2B中Vcc的任何变化都将通过分压比直接影响运算放大器的输入电压，而在图2A中，Vcc允许在运放电源的容限内变化。如果R1=R2，图2B的电源抑制比仅为-6dB，这就要求电源必须稳定，并经过适当滤波。改善交流电源抑制比的一种低成本方法是插入一个隔离电阻(Rx)，如图2C，但是它将产生额外的直流失调，除非使Rx完全匹配于Rf和Ri。另外，还需保证Rx
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直流偏置电压的定义是什么?
dt),为什么前面有个d;dt)=c*(du&#47,i=(dq&#47还有p=ui=Cu(du&#47,i=(dq/dt);dt)=c*(du&#47,有何含义
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由于流过电容器的电流与其两端的电压有关，可以理解为时间“微小”变化时，其基极与发射极之间所加的直流电压称为晶体管的直流偏置电压，基极-射极之间及集电极-基极之间应该设置的电压;dt)=c*(du&#47。这里用到的d是微分算子;dt是表示电压u对时t的微分：i=(dq&#47，基极电压又称为偏置电压，流过电容器的电流等于单位时间（微小）内电容器两端累积的电荷q的变化量，在高等数学中有介绍，设置晶体管基射结正偏。因此有，表示为i=(dq&#47，理解为“微小的变化量”就可以了，其基极-射极之间的PN结应该正偏。因此。所以。因此，使晶体管工作在放大状态的电路;dt)。而且电容器两端累积的电荷q的变化量又反应了其两端的电压变化量。而使晶体管工作在放大状态的关键是其基极电压：q=Cdu。未学高等数学时可以不管它，集电极-基极之间的PN结应该反偏，du/dt)，电压的“微小”的变化量;dt)，简称为偏置电路（可以理解为设置正反偏的电路）;dt)中的d表示微分;dt)=c*(du&#47，晶体管的直流偏置电压可以这么定义，其两端的电压是不断变化的、集基结反偏。又由于使晶体管工作在放大状态的电压设置是由其没有信号时直流电源提供的：晶体管未加信号时。且电容器充放电时,i=(dq&#47。p=ui=Cu(du&#47，因此。因为要使晶体管处于放大状态直流偏置电压是指晶体管放大电路中使晶体管处于放大状态时
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非常感谢了,以后多多关照
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晶体管放大器的直流偏置的作用是什么？而直流偏置对交流信号起什么作用？
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是给晶体管提供一个合适的工作点 。保证晶体管对交流信号过程之中不失真
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实时直流偏置的动态法切换时间改善严重欠阻尼边缘化场静电MEMS致动器
1, 2, 3, 1, 3
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Davis, 2Digital Light Projection (DLP) Technology Development, Texas Instruments, 3Birck Nanotechnology Center and the Department of Electrical and Computer Engineering, Purdue University
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当执行使用传统的一步偏置开关操作的边缘电场静电MEMS驱动器会导致固有的低挤压膜阻尼条件和长期稳定时间坚固的设备设计。实时的切换时间的改善，提供直流动态波形降低了边缘场的建立时间之间的转换时，MEMS致动器向上到向下和向下到向上的状态。
Date Published: 8/15/2014, ; doi:
Keywords: , , , , , , , ,
Small, J., Fruehling, A., Garg, A., Liu, X., Peroulis, D. Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators. J. Vis. Exp. (90), e51251, doi:10. (2014).
机械欠静电边缘场的MEMS致动器响应于一个单位阶跃输入偏置电压众所周知的快速切换操作。然而，在权衡了改进的开关性能是一个相对长的稳定时间，以达到每个间隙高度响应于各种应用的电压。瞬时偏压波形用来帮助减少开关次数静电边缘场MEMS致动器具有高的机械品质因数。去除边缘场致动器的底部衬底将创建的低机械阻尼环境必要有效测试的概念。下层基板的除去也有在装置的问候失败由于静摩擦的可靠性性能显着改善。虽然直流偏置动力是提高稳定时间是有用的，所需的压摆率典型的MEMS器件可以放置在充电p咄咄逼人的要求UMPS的完全集成的芯片设计。此外，可能存在挑战整合基板去除步骤到后端-行的商业的CMOS处理步骤。相比常规步骤施力结果制成致动器的实验验证表明了50倍的切换时间的改善。相较于理论计算，实验结果有较好的一致性。
微机电系统（MEMS）利用几个致动机构来实现机械位移。最流行的是热，压电，磁和静电。对于短的切换时间，静电致动是最流行 的技术1，2。在实际应用中，临界阻尼的机械设计提供初始上升时间和稳定时间之间的最佳折衷。在施加直流偏压和致动膜片向下朝下拉电极，所述沉降时间是不是一个显著问题作为膜将抓拍下来并粘附到介电涂层的致动电极。几个应用都得益于上述静电驱动设计3 - 8。然而，电介质涂覆的下拉电极的存在下，使致动器易于介电充电和静摩擦。
MEMS膜可以利用一条underdamped机械设计，实现了快速的初始上升时间。欠阻尼的机械设计的一个例子是静电边缘场致动（EFFA）的MEMS。这种拓扑结构中表现出了远远低于易受困扰静电基础的设计9-20典型的失效机理。不存在平行对置电极，因此在平行电场的是为什么这些MEMS被适当地称为“边缘场”致动（ 图1）。为EFFA设计，下拉电极被分成两个单独的电极被定位侧向偏移到所述移动膜，完全消除了装置的可动部件和固定部件之间的重叠。然而，从可动膜下方的去除衬底显著降低了挤压膜阻尼部件从而增加了稳定时间。 图2B是所述沉降时间响应于STANDAR一例D的步骤偏置。瞬态，或直流动力施加在实时的偏压可用于提高所述沉降时间20-26。 图2C和2D定性地说明了如何随时间变化的波形可以有效地消除振铃。以前的研究工作，利用数值计算方法来计算输入偏压的精确的电压和定时，以改善切换时间。这项工作的方法使用紧凑型封闭形式的表达式来计算输入偏置波形参数。此外，以前的工作集中在平行板驱动。而这些结构体被设计成欠阻尼的，挤压膜阻尼仍然在此配置中可用。在这项工作中提出的致动方法是边缘场致动。在此配置中挤压膜阻尼被有效地消除。这代表了一种极端的情况下，所述MEMS束的机械阻尼是非常低的。本文介绍了如何制作的EFFA的MEMS开发冰和执行测量以实验验证了波形的概念。 Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
1 EFFA制作的MEMS固定 - 固定梁（参见图3总结过程） 紫外线光刻和二氧化硅用缓冲的氢氟酸（注意27）的化学湿法腐蚀。 使用的氧化，低电阻率硅衬底。 填用丙酮28（足以淹没的样品）的玻璃烧杯中，将样品中的丙酮填充的烧杯中，并超声处理5分钟，在水浴中超声发生器。 不进行干燥，直接将样品从丙酮的烧杯中转移到在水浴超声波仪装有异丙醇29和超声处理5分钟的烧杯中。 用氮气干燥的样品（不容许的异丙醇以从表面蒸发）。 干燥（脱水烘焙）的加热板上设定为150℃，10分钟的样品。使样品达到室温，一旦脱水烘烤完毕。 将样品在一个旋转涂胶机的吸盘。移液管和分配1毫升六甲基二硅氮烷（HMDS），每个直径25 mm的（注意30）。旋涂在3500 rpm离心30秒。移液管和分配1毫升每25mm直径的（注意31）正性光刻胶。旋涂的样品在3500 rpm离心30秒。 Softbake光致抗蚀剂90秒，在105
°C下置于烤盘。 使用掩模对准到样品的UV辐射暴露和350-450纳米的波长。使用391兆焦耳/ 平方厘米（注意32）曝光能量。 充满TMAH的开发商（注意33）玻璃烧杯中，并用足以淹没整个样品。 装满去离子水的玻璃烧杯中，迅速终止发展，以避免过度开发。 开发样本为12-20秒。轻轻搅动淹没样本。 小心地和迅速地除去从显影烧杯中的样品和淹没它在漂洗水的烧杯中，持续10秒。 <lI&下冲洗1-2分钟跑的去离子水在水槽的样本。 仔细吹干用氮气将样品（不允许的去离子水，从表面蒸发）。 检查在显微镜下的样本。 如有必要，重复的开发过程与调整的时间，以避免过度开发。 使用等离子体反应离子刻蚀（RIE），以使表面粗糙，以改善表面的润湿性。 RIE设置34：以100sccm的Ar，100瓦射频功率，50 mT的腔室压力，1分钟。 填充聚四氟乙烯烧杯用缓冲氧化物蚀刻（BOE）的足够量，以覆盖样品。 填另一个特氟隆烧杯中，用去离子水将样品的中间漂洗。 淹没在京东方的样本。蚀刻速率是90-100纳米/分钟。 当蚀刻完成后，冲洗，在特氟隆烧杯中已经去离子水，持续10秒。然后用清水冲洗在水槽样本下运行去离子水1-2米英寸用氮气干燥的样品（不允许的去离子水，以从表面蒸发）。 检查在显微镜下的样本。 重复该蚀刻和清洗，以避免过度蚀刻的光致抗蚀剂和底切的步骤，必要时与在时间调整。 删除光刻胶掩膜。 填充丙酮的玻璃烧杯（足以淹没的样品），将在丙酮填充的烧杯中，并超声处理在水浴超声波仪5分钟的样品。 直接将来自丙酮的烧杯中的样品，并将其放置在一个异丙醇充满烧杯中，并超声处理5分钟，在水浴超声波仪。 用氮气干燥样品（不要让异丙醇从表面蒸发）。 硅和四甲基氢氧化铵（TMAH）的25％（重量）的化学湿式蚀刻（注意35）。 用干净的4升烧杯中。 使用烤盘用thermocouple。使用特氟隆筐，其具有钩在把手的端部，用于保持样品。使用磁力搅拌棒进行适当的搅拌以减轻在批量蚀刻过程中释放的氢气泡的硅表面。 注：热电偶和热板之间的反馈，确保合适的温度保持在整个蚀刻不变。如果所释放的氢不从表面上去除，它可能掩盖来自TMAH的底层硅。 倾（重量）的TMAH的25％上升到烧杯的2L的标记。 将热电偶在该溶液中，预热至80℃。如果可能的话，使用自定义夹具夹紧或持有热电偶，以防止干扰与磁力搅拌棒的旋转。 一旦溶液达到所需温度时，将样品中的聚四氟乙烯篮子并将篮子在溶液从烧杯的唇挂它。确保篮子不休息在烧杯中，以留有余地，磁力搅拌棒转动的底部。 设置磁搅拌棒，以400rpm的转速的旋转速率。 该溶液的蚀刻速率是300-350纳米/分钟。必要的蚀刻深度为4-5微米。 当所需的时间已经过去，完成蚀刻，从溶液中取出样品，并用去离子水冲洗1-2分钟。 用氮气干燥的样品（不允许的去离子水，以从表面蒸发）。 使用轮廓测量台阶高度。 如果阶状部分高度还没有达到，放置于溶液中的样品再次以达到所期望的台阶高度。 所有的SiO 2从基板和热化学湿蚀刻成长另一个为500nm的SiO 2。 体积（注意36）填充聚四氟乙烯烧杯中，用氢氟酸49％。使用的量要足以覆盖样品。 填充聚四氟乙烯烧杯中，用去离子水漂洗样品。使用的量要足以覆盖样品。 蚀刻用氢氟酸的样品。留在溶液中，直到所有的SiO 2的样品被除去。由于溶液是高度浓缩的，会发生相对较快的蚀刻。 冲洗10-20秒，在特氟隆烧杯装满去离子水。 彻底的冲洗下水槽1-2分钟跑的去离子水的样本。 搭配H 2 SO 4溶液：在聚四氟乙烯烧杯中（注意37）1比H 2 O 2（硫酸：过氧化氢 ，食人鱼干净的）在1。使用足以覆盖样品。 填充聚四氟乙烯烧杯中，用去离子水漂洗样品。 浸没在样品中的H 2 SO 4：H 2 O 2为7-10分钟。 简言之，将10秒，漂洗，在漂洗水的烧杯中的样品。 彻底冲洗下1-2分钟跑的去离子水在水槽的样本。 用氮气干燥的样品（不要让水从表面蒸发）。 进行湿式热氧化生长500纳米的SiO 2。 紫外线光刻和化学湿蚀刻以图案化的SiO 2，以暴露其用作牺牲层，用于固定的固定波束的最终版本的硅。 填充丙酮的玻璃烧杯（足以淹没的样品），将在丙酮填充的烧杯中，并超声处理在水浴超声波仪5分钟的样品。 直接将来自丙酮的烧杯中的样品，并将其放置在一个异丙醇充满烧杯中，并超声处理在水浴超声波仪5分钟。 用氮气干燥样品（不要让异丙醇从表面蒸发）。 干燥（脱水烘焙）的加热板上设定为150℃，10分钟的样品。支持T他样品达到室温，一旦脱水烘烤完毕。 使用光致抗蚀剂spincoater，旋涂HMDS对样品在3500 rpm离心30秒。使用光致抗蚀剂spincoater，旋涂正光刻胶上的样品在3500 rpm离心30秒。 Softbake光致抗蚀剂90秒在105℃的加热板上。 注：使用1毫升每个样品直径为每25毫米。 使用掩模对准到样品的UV辐射暴露和350-450纳米的波长。使用391兆焦耳/厘米2的曝光能量。 用一张TMAH的开发商玻璃烧杯中，并用足以淹没整个样品。 装满去离子水的玻璃烧杯中，迅速终止发展，以防止过度开发。 开发样本为12-20秒。 小心地和迅速地除去从显影烧杯中的样品和淹没它在漂洗水的烧杯中，持续10秒。 冲洗下运行去离子W的水槽样本亚特1-2分钟。 仔细干燥氮气（不要让水从表面蒸发）。 检查在显微镜下的样本。 如有必要，重复的开发过程与调整的时间，以避免过度开发。 使用等离子体的RIE，以使表面粗糙，以改善表面的润湿性。 RIE设置：以100sccm的Ar，100瓦射频功率，50 mT的腔室压力，1分钟。 填充聚四氟乙烯烧杯京东方足够量的覆盖样本。 填充聚四氟乙烯烧杯中，用去离子水将样品的中间漂洗。 淹没在京东方的样本。蚀刻速率是90-100纳米/分钟。 当蚀刻完成后，冲洗，在特氟隆烧杯中已经去离子水，持续10秒。然后用清水冲洗下水槽1-2分钟跑的去离子水的样本。 用氮气干燥的样品（不要让水从表面蒸发）。 下microscop检查样本ê。 重复该蚀刻和清洗，以避免过度蚀刻的光致抗蚀剂和底切的步骤，必要时与在时间调整。 填充丙酮的玻璃烧杯（足以淹没的样品），将样品在丙酮填充的烧杯中，并超声处理在水浴超声波仪5分钟。 直接将来自丙酮的烧杯中的样品，并将其放置在一个异丙醇充满烧杯中，并超声处理在水浴超声波仪5分钟。 用氮气干燥样品（不要让异丙醇从表面蒸发）。 溅镀沉积物的Ti为20nm和Au为100nm。此薄膜作为电镀籽晶层，用于后续的电镀工艺步骤。溅射参数是：100W的直流功率，8 mT的沉积压力，以100sccm的Ar，基础压力为3×10 -6 T。 泄的工艺腔室或负载锁定到大气中。 加载样品进工艺室或负载锁。 泵送过程腔室或负载锁定至真空。 等到处理室达到3×10 -6 T的基本压力放置样品，以用于沉积的适当位置。 由流动的氩气进入系统设定室压至8公吨。确切的流量需要达到8 mT的高度依赖于所使用的系统的类型。用于这项工作的溅射工具使用100sccm的流速。 激活与钛靶源。
Presputter钛在300瓦特20分钟。 溅射钛为20nm，在100 W的沉积的确切时间是高度依赖于系统使用的类型。在这项工作中所用的溅射工具，5分钟是必要达到20nm以下。 停用与钛溅射靶源。 激活与黄金的目标源。
Presputter金在100瓦，持续2分钟。 溅射金在100 W的精确沉积时间为100nm高度依赖于所使用的溅射工具。在这项工作中所用的溅射工具，10分钟是足够的，以提供金100纳米。 停用与黄金溅射靶源。 关闭氩气阀门。 泄的工艺腔室或负载锁定。 取出样品后处理室或负载锁定到达的气氛。 向下泵送负载锁定或处理室，以在高真空。 紫外线光刻来创建一个光致抗蚀剂模，它定义了双端固定梁的几何形状。 填充丙酮的玻璃烧杯（足以淹没的样品），将在丙酮中充满烧杯样品5分钟。 直接将来自丙酮的烧杯中的样品，并将其放置在一个异丙醇充满烧杯5分钟。 用氮气干燥样品（不要让异丙醇从表面蒸发）。
&丽&干（脱水烘焙）的加热板上设置为150℃下进行10分钟的样品。使样品达到室温，一旦脱水烘烤完毕。 使用光致抗蚀剂spincoater，旋涂HMDS对样品在3500 rpm离心30秒。使用光致抗蚀剂spincoater，旋涂正光刻胶上的样品以2000rpm，30秒。 Softbake光致抗蚀剂90秒在105℃的加热板上。 注：使用1毫升每个样品直径为每25毫米。 使用掩模对准对齐并将样品于UV辐射暴露和350-450纳米的波长。使用的483毫焦/厘米2的曝光能量。 充满TMAH的开发商玻璃烧杯中，并用足以淹没整个样品。 填充玻璃烧杯中，用去离子水，迅速终止的发展，为了防止过度开发。 开发样本为12-20秒。 小心和迅速地从开发烧杯中，SUBM取出样品二哥它在漂洗水的烧杯中，持续10秒。 下冲洗1-2分钟跑的去离子水在水槽的样本。 用氮气干燥的样品（不要让水从表面蒸发）。 检查在显微镜下的样本。 如有必要，重复的开发过程与调整的时间，以避免过度开发。 电镀金的MEMS光。 用1升烧杯玻璃烧杯中。 填写烧杯中700毫升市售的，随时可以使用的金电镀液（注意38）.Place填在烤盘烧杯。 设置加热板到60℃。使用热电偶，以确保该溶液保持在所希望的温度。一旦溶液达到所需温度时，附着的样品到一支架固定在阳极，工件（样品），和热电偶。 将根据世博会的电流供应，以适当的幅度样品的SED金属化区域。 2mA的恒定电流密度/厘米2时。 不锈钢阳极使用。 连接活到阳极和接地的样品。 淀积速率是250-300纳米/分钟。固定的固定波束的最终厚度为0.5微米。考虑到一个近似4:1的比例存在于该蚀刻速率（去除溅射籽晶层时）电镀以溅射的金时，光束被电镀到1μm。 当必要的时候已经过去，关掉电流供应，断开阳极和工件的线索，取出样品，并根据在水槽1分钟跑的去离子水彻底冲洗。 吹干用氮气将样品（不要让水从表面蒸发）。 使用显微镜和轮廓，以验证该电镀完成。 蚀刻的光致抗蚀剂的模具。 预热克姑娘烧杯装满一个烤盘至110℃（注意39）专用光刻胶剥离液。在1小时的溶液浸入样品。 从加热板上取下烧杯中，并让溶液和样品达到室温。 彻底的冲洗下水槽流水1-2分钟的样品。 在充满丙酮5分钟的烧杯浸入样品。 在填充有异丙醇5分钟的烧杯浸入样品。 用氮气干燥样品（不要让异丙醇从表面蒸发）。 在显微镜下检查样本，并测量电镀金的台阶高度与轮廓。必要时可重复清洗步骤。 化学湿蚀刻的Ti / Au的籽晶层。 在等离子体的RIE处取样，并使用以下参数：以100sccm的Ar，100瓦，50 mT的30秒。 填充聚四氟乙烯或玻璃烧杯中金蚀刻剂（注意40）。使用enoug小时，以覆盖整个样品。 填充聚四氟乙烯或玻璃烧杯中，用去离子水。这杯将作为一个中间冲洗烧杯中快速终止该凹蚀。 淹没在金蚀刻剂样品。蚀刻参数 -
7-8纳米/秒，激动。一旦蚀刻完成后，浸入试样中的漂洗水的烧杯中，并轻轻搅拌10-20秒。 彻底的冲洗下水槽1-2分钟跑的去离子水的样本。 氮气吹干（不要让水从表面蒸发）。 检查该蚀刻，在显微镜下，如有必要，重复，直到所有的金被从曝光区域除去。 再次进行等离子体的RIE对样品使用下列参数：以100sccm的Ar，100瓦，50 mT的30秒。 填充聚四氟乙烯烧杯，京东方（足以淹没样品）。 装满去离子水中的聚四氟乙烯漂洗样品。 淹没在京东方在室温样品。该蚀刻速率为15?18纳米/ min.When蚀刻时间结束后，从烧杯中取出样品并浸没入冲洗烧杯为10-20秒。 彻底的冲洗下水槽1-2分钟跑的去离子水的样本。 氮气吹干（不要让水从表面蒸发）。 检查蚀刻，如有必要，重复，直到所有的钛被从曝光区域除去。减少蚀刻时间，以避免显著底切。 进行干各向同性的XeF 2蚀刻（注意41）有选择地去除硅和释放金双端固定梁。 泄的工艺腔室与大气相通。 加载在处理腔室中的样品。 泵系统关闭真空。 蚀刻时间强烈地依赖于暴露的区域和用于蚀刻系统的类型。对于此示例的3个T了30秒循环的压力被使用。 10次循环使用。 110-1的蚀刻速率20纳米/分钟被提取出来。 一旦蚀刻参数在系统中设置，蚀刻硅牺牲层。 当蚀刻完成后进行必要的清洗步骤，以确保有毒气体放空系统到大气中之前被除去。在这项研究中的系统有一个过程，自动执行该清洗步骤。 泄的工艺腔室与大气相通。 小心地取出样品。 向下泵送的处理室抽真空。 动态波形2，实验验证直流探针台负载样本。 放置在DC探针台的卡盘的样品。 激活该卡盘的真空以保持样品下来。 使用直流探头端部操作器上的MEMS桥的偏置片定位钨探针针尖。 使用直流探针台的显微镜，检视钨探针针尖的精确定位结束了直流偏置器件的焊盘上。该固定 - 固定波束探测与实况信号探针针尖而下拉电极探测与接地探针针尖。 在函数发生器程序动态偏置信号。 使用计算值的初始波参数20。 选择函数发生器任意波形函数来创建动态的波形。 输入波形的时间参数。根据函数发生器的类型，在第一时间参数几微秒后开始（相对于0微秒）。所述第一和第二时间参数之间的间隔将是所计算的时间将会采取的光束到达过冲间隙。在第二和第三时间参数之间的间隔应该足够长，以使光束以完全达到平衡以最小的振荡。当输入在相反方向操作的时间参数（从拉待办事项WN释放），则过冲间隙时间将确定第三时间参数和关闭之间的时间间隔。将有五分之一的时间间隔需要重新启动波。对于该区间许可足够的时间使光束以重新开始循环之前达到平衡。 输入波形的电压参数。的电压将施加在横梁上的实际电压的一小部分，因为这个信号将通过一个线性放大器。编入本研究的函数发生器的值分别为实际电压的二十分之一。 函数发生器的输出连接到高速高电压线性放大器。 线性放大器的输出端连接到数字示波器具有300 MHz的采样速率。示波器用于验证从任意波形发生器输出的信号。 线性放大器的输出端连接到DC操控。确保函数发生器关闭同时执行该步骤。 设置和使用激光多普勒测振仪测量仪（LDV） 的立场，即保持LDV对样品负责。 打开激光器。 使用与该LDV集成到找到所需的光束来测量显微镜。 专注于MEMS桥的中心的激光器。这是最大偏转点。 确保激光束反射的强度是足够的精确测量。 设置采样时间，以适当的采样速率。该测量使用5.1 MHz的采样速率。 选择位移随时间变化的输出为LDV。 选择连续测量模式。 在微机电系统应用的桥梁偏置信号。在LDV将捕获的振铃效应的实时性。 调的函数发生器的时序和电压的参数来实现对下拉并释放最小的光束振荡操作。 一旦找到了最佳值关掉偏压信号。 关掉连续LDV测量模式。 从偏置垫提起直流探针针尖起来。 该函数发生器的触发输入连接到LDV硬件接口的触发输出。在这项研究中BNC电缆用于此连接。 设置函数发生器承认从LDV系统的外部触发。 设置LDV软件来触发函数发生器当测量扫描模式就开始了。 设置LDV软件到单次扫描模式。时单次扫描将是波形的持续时间。 降直流探头尖端回落的MEMS桥的偏置片。 捕获通过激活LDV的测量模式扫描的信号。 保存的位移与时间的关系的数据。 Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
图4中的设置是用来捕获偏转与微机电桥时代特征。通过使用在其连续测量模式下，激光多普勒振动计，精确的电压和时间的参数，可以发现以产生最小的光束的振动所期望的间隙高度， 图5示出了对应于60伏间隙高度，例如电子束偏转。可以看出，几乎所有的振荡的被除去。不仅是动态波形的一个间隙高度有用的，但对于所有的间隙尽可能的高度。这表现在图6和图7为两个下拉和释放的操作，分别。用于实现在前面的图中的测量值的计算值与实测动态波形示于图8和图9。 <img ALT =“图1”SRC =“/文件/ ftp_upload / 51251 / 51251fig1highres.jpg”/&
在本研究中使用的MEMS桥梁图1的2D草图和SEM图像。 （一）二维轮廓（B）的MEMS桥的顶视图。实际制造设备（C）的扫描电镜。
图2绘制了在响应于一个输入步骤和时间变化的响应欠阻尼的MEMS桥。 （一）单位阶跃施加的偏压。的欠阻尼的MEMS桥单位阶跃输入（B）响应（C）随时间变化的/动态的输入偏置。的MEMS桥（四）响应时间变化的输入。rget =“_ blank将”&请点击这里查看该图的放大版本。
图3总结了在MEMS桥处理流程。 （A）的氧化硅衬底（B）的硅衬底的批量蚀刻（C）再氧化硅衬底的（D）二氧化硅的蚀刻，以暴露硅牺牲（E）金沉积和图案化（F）蚀刻硅牺牲层，释放MEMS的桥梁。
实验本身图4框图TUP用来施加偏置信号并捕获MEMS桥梁挠度。
图5实测下拉和释放的MEMS桥状态响应60 V输入偏置。黑色曲线是从阶跃输入的响应。红色曲线是响应动态输入。
图6：测量MEMS桥中间的下拉缺口高度响应动态输入。 离子这个数字。
图7测量所述MEMS桥的中间释放间隙高度以响应动态输入。
图8为输入偏置计算波形。
图9用于实现MEMS桥的最小振荡的实际波形。 Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
低残余应力Au膜的沉积和干燥的释放与XeF的2个在该装置的制造成功至关重要的组件。时相比，平行板场致动器静电边缘场致动器提供相对低的力。 & 60兆帕典型的MEMS薄膜应力将导致过高的驱动电压，其可以潜在地危及EFFA MEMS的可靠性。由于这个原因，电镀配方仔细特征在于，得到的薄膜具有低的双向轴向平均应力。此外，在本研究中，需要热循环的处理步骤使用硅作为牺牲层的类型，由于其相对缺乏的膨胀和收缩（相对于光致抗蚀剂）组成。最后，氟化氙2干释放一步从根本上消除黏附有利于高收益处理。 所需的光束间隙高度对应于上冲间隙高度（ 图2B </强&）响应于所述第一步骤偏压20。一旦光束达到的过冲/下所需的间隙高度的第二步骤偏压（ 图2C）被施加到保持在该位置上的光束。通过了解所述MEMS桥的机械品质因数（其可以被测量或计算的），过冲百分数和达到过冲间隙高度的时间可以计算出来。这些参数被用来确定输入电压的幅度和定时。 在本研究中使用的DC-动态驱动信号改善从?2毫秒的稳定时间降到?35微秒为向上到向下和向下到向上的状态。采用启发式模型20计算出的切换时间为28微秒的宽度W = 10微米，长度L = 400微米，厚度t = 0.45微米，横向下拉间隙s的光束= 8微米，而残余拉平均应力σ = 5兆帕。切换时间有一个σ-1/2关系20。牛逼他的这种关系的结果是，在残余应力相对小的变化能够对切换时间计算的非边缘的影响。 2兆帕的残余应力的一个相对小的差异会导致20％的切换时间变化。因此，需要与因制程变异的跨晶圆的必然性本文提出的方法，实时优化。 在这项工作中提出的方法，证明了在切换时间，其中所述衬底被去除静电边缘场致动器显著改进。细节的EFFA MEMS调谐器的制造和电气测试的详细说明。实验方法，特别是动态偏置技术，会发现在几乎任何机械欠阻尼的MEMS设计工具中对于改进的切换的时间性能。 Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
作者什么都没有透露。
作者要感谢瑞安东为他的帮助和有用的技术讨论。 作者还希望承认Birck纳米技术中心的技术人员的协助和支持。这项工作是由美国国防高级研究计划局在普渡微波可重构倏逝模式腔体滤波器支持的研究。并且还通过可靠性，完整性和微生存能力和能源部的预测下，大奖号DE-FC国家核安全局中心。的观点，意见，和/或本文件所载/简报调查结果仅代表作者本人/主持人，不应该被解释为代表官方的观点或政策，任何明示或暗示，美国国防部高级研究计划局或部国防部。
Catalog Number
Buffered oxide etchant
Mallinckrodt Baker
Silicon dioxide etch, Ti etch
Mallinckrodt Baker
Wafer clean
Isopropyl alcohol
Wafer clean
Hexamethyldisilizane
Mallinckrodt Baker
Adhesion promoter
Microposit SC 1827 Positive Photoresist
Shipley Europe Ltd
Pattern, electroplating
Microposit MF-26A developer
Shipley Europe Ltd
Develop SC 1827
Tetramethylammonium hydroxide
Sigma-Aldrich
Bulk Si etch
Sulfuric acid
Wafer clean
Hydrogen peroxide
Wafer clean
Transene Sulfite Gold TSG-250
110-TSG-250
Au electroplating solution
Baker PRS-3000 Positive Resist Stripper
Mallinckrodt Baker
Photoresist stripper
Gold etchant type TFA
060-0015000
Mask aligner
Karl Suss MJB-3
Pattern photoresist
Sputter coater
Perkin Elmer 2400 Sputterer
Deposit metal
Thermal oxidation furnace
Pyrogenic Oxidation Furnace
Grow silicon dioxide
Reactive Ion Etch
Plasmatech RIE
Plasma ash
Xenon difluoride dry etcher
Xactix Xenon Difluoride Etcher
Selective dry isotropic silicon etch
Surface profilometer
Alpha-Step IQ
Step height measurement
Probe ring
Holds DC probe manipulators
DC manipulators
Signatone S-900 Series Micropositioner
Applies potential difference to device
Laser doppler vibrometer
Polytec OFV-551/MSA-500 Micro System Analyzer
Switching time measurement
Digital function generator
Agilent E4408B Function Generator
Creates the DC-dynamic waveform
High voltage linear amplifier
Single channel high voltage linear amplifier A400
Facilitates high voltage
Digital oscilloscope
Agilent DS05034A Digital Oscilloscope
Verify the dynamic waveform parameters
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