《mems固体微推进器设计与制作》由会员分享，可在线阅读，更多相关《mems固体微推进器设计与制作（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要微飞行器技术的不断完善与发展使其对微推进系统提出了越来越高的要求。基于微机电系统( M E M S ) 的微推进器由于具有体积小、成本低、功耗低、可靠性高、无污染等优点，近年来受到了广泛的重视。本课题主要在研究相关微加工工艺的基础上，设计制作了一种三层结构的固体微推进器。论文的主要内容如下：1 综述了国内外微推进系统的类型，分析比较了各种类型的优缺点，在此基础上提出了微推进器的设计方案。2 设计了一种固体微推进器，该推进器具有上、中、下三层结构，分别为点火电路层、储腔层和喷嘴层。理论上该推进器应具有点火功率低、电压低、推力大等优点。3 研究了利用直流溅射
2、法沉积C r 薄膜的工艺，讨论了影响薄膜溅射速率的相关工艺参数；初步研究了用电感耦合等离子体( I C P ) 刻蚀方法刻蚀S i0 2 的相关工艺：通过实验研究了不同参数下C r 及S i 的湿法腐蚀工艺，得出了相应的结论。4 ，制订了一套主要由溅射、光刻、湿法腐蚀、I C P 刻蚀构成的工艺流程，成功制作了所设计的固体微推进器。实验过程表明：此工艺流程合理、可操作性强、成品率高。5 对所制作的微推进器进行了点火实验，得到了微推进器的点火电压及功率。利用火箭发动机理论、热效应理论等力学、热学知识，结合A N S Y S 仿真分析，理论推导了成功点火所需的功率以及推力性能参数，并用电子分析天平
3、测试了推力及冲量的大小。论文的相关研究和实验结果对于微推进器的设计、制作具有一定的参考价值，微加工工艺的相关研究结论也可以应用在其它微机电器件的制作上。主题词：M E M S 微飞行器微推进器微加工工艺溅射刻蚀第i 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文A B S T R A C TW i t ht h ei m p r o v e m e n ta n dd e v e l o p m e n to ft h em i c r oa e r o c r a f tt e c h n o l o g y ，m o r ea n dm o r ea d v a n c e dr e q u i
4、r e sa r eb r o u g h tf o r w a r df o rm i c r op r o p u l s i o ns y s t e m A si th a ss om a n ya d v a n t a g e ss u c ha ss m a l ls i z e ，l o wc o s t ，l o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，h i g hr e l i a b i l i t ya n dn op o l l u t i o n ，m i c r ot h r u s t e rb a s e do nm i c r o
5、 e l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m ( M E M S ) h a so b t a i n e dm o r ea n dm o r er e c o g n i t i o n si nr e c e n ty e a r s I nt h i sp a p e r , at h r e e l a y e rs o l i dm i c r ot h r u s t e ri sd e s i g n e da n df a b r i c a t e dt h r o u g ht h es t u d yo fm i c r o
6、m a c h i n i n gt e c h n o l o g y T h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ：1 D i f f e r e n tk i n d so fm i c r op r o p u l s i o ns y s t e ma r es u m m a r i z e di nh o m ea n da b r o a d A l lk i n d so fa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa r ea n
7、a l y z e da n dc o m p a r e d B a s e do nt h i s ，t h ep r o j e c ta b o u tm i c r ot h r u s t e ri sp r o p o s e d 2 As o l i dm i c r ot h r u s t e ri sd e s i g n e d I tc o n t a i n st o pl a y e r , m i d d l el a y e ra n db o t t o ml a y e r ，w h i c ha r ei g n i t i o nc i r c u i
8、 tl a y e r ，c h a m b e rl a y e ra n dd i a p h r a g ml a y e rr e s p e c t i v e l y T h e o r e t i c a l l yt h i st h r u s t e rs h o u l dh a v et h ea d v a n t a g eo fl o wi g n i t i o np o w e r , l o wi g n i t i o nv o l t a g ea n dh i 曲t h r u s t 3 T h et e c h n o l o g yo f d e
9、 p o s i t i n gC rf i l mi ss t u d i e db yt h em e t h o do f d i r e c tc u r r e n ts p u t t e r i n g P r o c e s sp a r a m e t e r sr e l a t e dt Ot h ef i l ms p u t t e r i n gv e l o c i t ya r ed i s c u s s e d R e l a t i o n sa r ef o u n db e t w e e nt h ee t c h i n gr a t ea n d
10、d i f f e r e n tp r o c e s sp a r a m e t e r sw h e nS i 0 2t h i nf i l m sa r ee t c h e di na nI n d u c t i v e l yC o u p l e dP l a s l m a ( I C P ) e t c h i n ge q u i p m e n t P r o c e s sp a r a m e t e r sr e l a t e dt ot h ee r o d i n go fC ra n dS ia r es t u d i e dt h r o u g
11、he x p e r i m e n t s a n ds o m ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e da tt h es a m et i m e 4 Ap r o c e s sf l o wc o m p o s e do fs p u t t e r i n g ，l i t h o g r a p h y ，e r o d i n ga n dI C Pe t c h i n gi sp l a n n e dt om a k et h eS o l i dm i c r ot h r u s t e rs u c c e s s f
12、u l l y E x p e r i m e n t sh a v es h o w nt h a tt h ep r o c e s sf l o wi sf e a s i b l e ，a n di th a sh i g hm a n e u v e r a b i l i t ya n dh i 曲S U C C E S Sr a t i o 5 S o m ei g n i t i o ne x p e r i m e n t sa r ea c h i e v e da b o U tt h em i c r ot h r u s t e rw h i c hh a sb e
13、e nf a c t u r e da n dt h ei g n i t i o nv o l t a g ea n dp o w e ra r eo b t a i n e d B a s e do nt h ek n o w l e d g eo fm e c h a n i c sa n dc a l o r i f i c ss u c ha st h er o c k e te n g i n et h e o r y ，h e a te f f e c tt h e o r y ，a n dt o g e t h e rw i t hA N S Y Ss i m u l a t
14、i o na n a l y s i s ，t h ep o w e rn e e d e di ns u c c e s s f u li g n i t i o na n dt h et h r u s tp e r f o r m a n c e sa r ed e d u c e d W h a t Sm o r e ，t h et h r u s ta n di m p u l s eo ft h em i c r ot h r u s t e ra r et e s t e db ya ne l e c t r o n i ca n a l y s i sb a l a n c e
15、 ，R e s u l t so ft h er e s e a r c ha n de x p e r i m e n t si nt h i sp a p e ra r eb e n e f i c i a lt od e s i g na n df a b r i c a t i o no f m i c r ot h r u s t e r ，T h em i c r om a c h i n i n gt e c h n o l o g yC a na l s ob eu s e df o ro t h e rM E M Sp r o d u c t s K e yW o r d s
16、 ：M E M SM i c r oa e r o c r a f tM i c r ot h r u s t e rM i c r om a c h i n i n gt e c h n o l o g ys p u t t e r i n ge t c h i n g第i i 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文表目录表1 1M E M S 产品的全球市场情况5表2 1 典型M E M S 推进系统的性能指标1 2 表2 ，2 微晶玻璃与硅的机械及热性能比较1 6 表2 ，3 单晶硅的三个晶面的夹角，1 6表3 1 不同实验配比条件下的刻蚀速率2 4 表4 I 常用的标准清洗液3 l 表4 2 不同研究枫构的推进剂选用情况3 5 表5 1 微推进器点火实
