This article studies the secondary resonances of a clamped-clamped microresonator under combined electrostatic and piezoelectric actuations. The electrostatic actuation is induced by applying the AC-DC voltage between the microbeam and the electrode plate that lies at the opposite side of the microbeam. The piezoelectric actuation is induced by applying the DC voltage between upper and lower sides of piezoelectric layer. It is assumed that the neutral axis of bending is stretched when the microbeam is deflected. The drift effect of piezoelectric layer (the phenomenon where there is a slow increase of the free strain after the application of a DC field) is neglected. The equations of motion are solved by using the multiple scale perturbation method. The system possesses a subharmonic resonance of order one-half and a superharmonic resonance of order two. It is shown that using the DC piezoelectric actuation, the sensitivity of AC-DC electrostatically actuated microresonator under subharmonic and superharmonic resonances may be tuned. In addition, it is shown that the tuning domain of the microbeam under combined electrostatic and piezoelectric actuations at subharmonic and superharmonic conditions is larger than the tuning domain of microbeam under only the electrostatic actuation.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.1
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pp.55-59
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2003
With the progress of optical communication technology recently, the development of micro actuator using MEMS technology has been made for optical switching. The actuation types are various; electrostatic, electromagnetic, and electrostatic +electromagnetic etc. Among them, the electrostatic type is the most popular because of the relative ease of fabrication, integration and shielding as well as low power consumption. However, it needs a high voltage to generate a larger driving force. To overcome this problem, we proposed a new type of electrostatic actuator with an extra vertical electrode in addition to the horizontal one. The vertical electrode also lays a role of making the stable angular rotation as a stopper. From the theoretical analysis and experiment, we find the actuation voltage can be reduced up to 50 % of that of the conventional one.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.1089-1092
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1995
A planar vibratory gyroscope using electrostatic actuation and electromagnetic detection is proposed. The gyroscope has large sensitivity and can be fabricated by using surface micrimachining, bulk micromachining and conventional machining technology. In this paper, the gyroscope and the electromagnetic detecting system equations are derived to determine the output characteristics for the planar vibratory gyroscope using electrostatic acturation and electromagnetic detection. The maximum output is obtained when the driving frequencyequals to the detecting frequency. The resonant frequencies of the resonator are determined by the beam stiffness, i.e. the material constants and spring dimensions. The dimensions of the beams are determined using the analytic vibration modelling. The expected resonant frequencies are 200Hz both and the sensitivity is 62mV/deg/sec with 4000 electronic circuit amplifying coefficient for an AC drive voltage of 3V bias voltage of 15V and DC field current of 50 mA.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.7
no.3
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pp.177-182
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2007
This paper presents the see-saw type RF MEMS switch based on a single crystalline silicon structure with narrow gap vertical comb. Low actuation voltage and high isolation are key features to be solved in electrostatic RF MEMS switch design. Since these parameters in conventional parallel plate RF MEMS switch designs are in trade-off relationship, both requirements cannot be met simultaneously. In the vertical comb design, however, the actuation voltage is independent of the vertical separation distance between the contact electrodes. Therefore, the large separation gap between contact electrodes is implemented to achieve high isolation. We have designed and fabricated RF MEMS switch which has 46dB isolation at 5GHz, 0.9dB insertion loss at 5GHz and 40V actuation voltage.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.5
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pp.140-147
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2008
In this study, a carbon nanotube probe (CNT probe) is proposed as a mechanical force transducer for the measurement of pico-Newton (pN) order force in biological applications. In order to measure nantube's displacement in the air or liquid environment, the fabrication of a CNT probe with tip-specific loading of fluorescent dyes is performed using tip- specific functionalization of the nanotube and chemical bonding between dyes and nanotube. Also, we experimentally investigated the mechanical properties of the CNT probe using electrostatic actuation and fluorescence microscope measurement. Using fluorescence measurement of the tip deflection according to the applied voltage, we optimized the bending stiffness of the CNT probe, therefore determined the spring constant of the CNT probe. The results show that the spring constant of CNT probes is as small as 1 pN/nm and CNT probes can be used to measure pN order force.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.1084-1088
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1995
In this paper, an electrostatic plate resonator with four corrugated bridges and another with four flat ones have been fabricated and tested by the electrostatic actuation. The resonators consist of one rigid plate and four bridges. Boron diffusion process and anisotropic etch process with EPW are mainly used to fabricate the resonators. The dynamic characteristics of the fabricated resonators are obtained by measuring the velocity of the center of the rigid plate using a laser vibrometer. The results show that the deflection of the resonator with the corrugated bridges is larger than the resonator with the flat ones. It has been confirmed that the corrugated structure releases the residual tensile stress in the bridges resulted from the diffusion process.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.848-853
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2001
Electrostatic actuation was adopted for ease of fabrication. We proposed a new driving scheme that uses the vector sum of force generated by comb-finger and by parallel plate. The moving and fixed electrodes are arranged to maximize the driving force. In this paper, an electrostatic field analysis is performed by Maxwell analysis tool for micro actuators. From the analysis, a comb-parallel type micro-actuator with 4${\mu}{\textrm}{m}$ width, 6${\mu}{\textrm}{m}$ overlap and 45${\mu}{\textrm}{m}$ height could be designed. In order to compare the new type of actuator with the conventional comb type of actuator, we arranged that both types have the same area and the same number of actuators. To make a high aspect ratio structure, we are developing fabrication process using SU-8 and electro-plating.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.6
no.2
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pp.135-145
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2006
This paper presents the theory, design, fabrication and characterization of the novel low actuation voltage capacitive shunt RF-MEMS switch using a corrugated membrane with HRS MEMS packaging. Analytical analyses and experimental results have been carried out to derive algebraic expressions for the mechanical actuation mechanics of corrugated membrane for a low residual stress. It is shown that the residual stress of both types of corrugated and flat membranes can be modeled with the help of a mechanics theory. The residual stress in corrugated membranes is calculated using a geometrical model and is confirmed by finite element method(FEM) analysis and experimental results. The corrugated electrostatic actuated bridge is suspended over a concave structure of CPW, with sputtered nickel(Ni) as the structural material for the bridge and gold for CPW line, fabricated on high-resistivity silicon(HRS) substrate. The corrugated switch on concave structure requires lower actuation voltage than the flat switch on planar structure in various thickness bridges. The residual stress is very low by corrugating both ends of the bridge on concave structure. The residual stress of the bridge material and structure is critical to lower the actuation voltage. The Self-alignment HRS MEMS package of the RF-MEMS switch with a $15{\Omega}{\cdot}cm$ lightly-doped Si chip carrier also shows no parasitic leakage resonances and is verified as an effective packaging solution for the low cost and high performance coplanar MMICs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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