抗辐射的微机电系统(MEMS)加速度计在航天飞行器和核工业中有着广泛应用。当前的研究主要集中在 MEMS测控电路的抗辐射加固技术上, 对 MEMS微敏感结构的辐照退化机理还缺乏深入的认识。由于 MEMS微敏感结构和测试电路必须工作在一起, 目前研究的难点在于如何准确地辨别出 MEMS敏感结构在整表中所贡献的辐照退化量占比, 并基于微纳测量的方法辨析出其辐照退化机理。针对该问题, 本文首先开发出了一种针对 MEMS器件分部件的辐照退化测量技术, 成功提取出 MEMS敏感结构所产生的辐照退化量；然后采用专门制备的对照 MEMS芯片和电学测试的方法来对其退化机理进行研究。测量结果发现: MEMS敏感结构的辐照退化并不来自于寄生电容层的充电效应或各类电阻参数变化效应, 而主要来自于界面薄氧化层的充电效应。这些界面层俘获的电荷会对 MEMS可动质量块产生一个附加的静电力从而导致 MEMS加速度计的输出漂移。综上, 本文基于微纳测量的手段明确推断出了 MEMS敏感结构在电离辐照条件下的退化机理, 为后续的 MEMS器件抗辐射加固改进提供了重要的技术方向指导。

为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级，该文提出了一种新型的扬声器振膜结构，该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成，并在上表面覆有一层柔性材料，形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r2和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明，当θ=50°，r2=700 μm时，声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下，与优化后的固支圆形多层振膜相比，该文所提出的新型结构声压级高5 dB。

针对用于无线通信系统中的高隔离度宽带双工器，首先将双工器指标拆分为留有一定余量的Tx，Rx滤波器指标，然后使用微带交指结构和基于耦合系数与外部品质因数的改进方法，设计出满足指标的宽带Tx，Rx滤波器，最后使用两种T型结和滤波器组合的结构对双工器进一步设计，并对这两种结构的微带双工器进行了仿真分析。仿真结果显示，并行连接的双工器结构紧凑，但隔离度较差；串行连接的双工器通带内最小回波损耗为14.16 dB，最大插入损耗为1.01 dB，通带间最小隔离度为53.46 dB，双工器尺寸为8.089 9 mm×2.059 1 mm×0.302 mm，完全满足指标要求，并且具有相对带宽大、隔离度高、插入损耗低的优点，为设计高性能双工器提供了可行性。

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量, 显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题, 且当结构含有较多断裂面时, 解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三维测量方法, 本研究首先利用单目显微镜, 通过单一轴向移动获取一系列测量目标深度信息的单一角度图像, 并利用去雾算法对图像进行预处理, 实现了去噪和有效信息提取的目的; 然后通过聚焦测度算法获取待测对象的深度信息; 最后利用数据处理软件进行三维拟合。基于上述原理, 本文以焦平面阵列(FPA)作为待测目标进行了测量实验。本文提出的三维测量方法和图像处理算法可获得更准确的FPA形貌, 可清晰显示反射面与支腿部分及反射面上的释放孔, 测得FPA 的支腿长度为110.6 μm, 每个反射面的像元尺寸为120.8 μm×70.8 μm, 与设计值基本吻合, 解决了断裂面难以测量的问题, 同时降低了微结构测量的难度和成本。单目显微镜单向移动的多图像融合测量技术对MEMS的三维形貌测量具有重要意义, 去雾算法在图像融合与三维测量的图像处理也有很好的应用价值。

为实现调谐范围宽、调谐速度快、带宽窄、驱动电压低以及可批量化生产的可调光学滤波器, 提出了一种新型微机电系统(MEMS)可调光学滤波器。由高反射率可动光学镜面与准直扩束光纤端面组成法布里-珀罗(F-P)腔。通过静电驱动改变F-P腔的腔长以调整滤波器的输出光波长, 分析了可调光学滤波器的波长调谐原理和静电驱动原理, 给出了器件的结构参数和综合设计考虑。利用体硅加工工艺成功制作了可调光学滤波器样品, 并进行了实验测试。实验结果表明, 通过改变准直扩束光纤的初始位置, 3 dB带宽与自由谱域之间具有可调性。该可调光学滤波器兼备了MEMS技术与光纤技术的优点, 并且结构紧凑、工艺简单、驱动电压低, 可用于光通信等场合。

针对目前微机电系统密码锁中的鉴别器结构复杂、智能电子密码锁可靠性不高的问题, 设计了一种N bit的原位溅射型单次试开密码鉴别电路。N bit的密码鉴别电路, 由2N(N级、每级2个)个原位溅射型OFF-ON开关按照每级“二选一”的逻辑、N级级联的形式构成; 将原位溅射型OFF-ON开关(OFF态到ON态的单向切换具有不可逆特性)与具有熔断特性的保险丝按照装定密码对应的电路关系进行连接, 构成了原位溅射型单次试开固态密码锁, 可将此密码锁用于对安全性要求高的要害系统、设施中。为了获得原位溅射型OFF-ON开关中金属爆炸箔与叉指电极之间的间隙, 给出了三种固态密码鉴别电路的微加工工艺方案。

提出了一种基于MEMS技术的红外动态图像生成技术。利用热传导方程，建立了可见光/红外图像转换膜的理论模型；介绍了可见光/红外图像转换膜制作的工艺流程，制作了一张像元数为512×512、像元尺寸为35 μm的可见光/红外图像转换膜。并利用转换膜构造了红外动态图像生成装置，通过实验对红外动态图像生成装置的性能进行了研究。利用MEMS技术制作的可见光/红外图像转换膜可以工作在红外3~5 μm和8~12 μm两个波段。根据实验测得红外图像生成装置的空间分辨率为14 lp/mm，在3～5 μm波段，所生成红外图像的温度范围为250~440 K，在8～12 μm波段，所生成红外图像的温度范围为250~400 K。

为了解决相控阵雷达小型化和低损耗的问题，设计了一个工作频率为2.2 GHz 的射频微机电系统(MEMS)四位开关线型移相器。首先分析了直接接触式MEMS 串联开关的插入损耗和隔离度，并得到仿真结果。在此基础上设计了基于该开关的移相范围为0~180o 的四位移相器电路，相移量为12o 每步。采用HFSS 软件对其进行仿真，得到移相精确度、插入损耗和隔离度等关键结果，移相器工作在2.2 GHz 时，隔离度大于20 dB，插入损耗小于1 dB。该设计与传统移相器相比体积更小，且具有更小的插入损耗和更大的隔离度。

研究了由硅微质量块 -悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝 (AlN)薄膜体声波谐振器 (FBAR)检测元件集成的 FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元 (FEA)静力学仿真，得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布；选取最大应力值作为载荷，基于第一性原理计算纤锌矿 AlN的弹性系数与应力的关系式，预测惯性力载荷作用下 AlN弹性系数的最大变化量；采用谐响应分析，预测 FBAR微加速度计的加速度 -谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下， FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移，灵敏度约为数 kHz/g；其加速度增量 -谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。