研究目的
为了展示在MEMS悬臂梁上集成一个压电元件实现有源Q值调谐的潜力，从而提升真空环境下共振式原子力显微镜悬臂梁的性能。
研究成果
该研究成功展示了利用集成压电薄膜执行器对MEMS悬臂梁的Q因子进行电子可调谐降低的方法。这种方案为阻尼MEMS结构提供了一种简单且经济高效的方式，在提升真空环境下原子力显微镜性能方面具有潜在应用价值。
研究不足
研究表明Q因子降低了约1.6至1.9倍，与其他阻尼技术相比效果有限。电学测量显示由于电路中的寄生元件导致噪声更高且Q因子值更低。
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集成压电薄膜的MEMS悬臂梁可调Q因子
DOI：10.3390/s18113842
期刊：Sensors
出版年份：2018
更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要：
在原子力显微镜（AFM）中，通过共振激发的微加工悬臂梁及其末端探针来检测表面相关特性。当需要将AFM集成至真空环境（例如提升扫描电子显微镜性能时），可调谐的悬臂梁共振品质因数（Q值）是实现高局部分辨率高速测量的关键特性。为实现该目标，本研究在宏观压电驱动器提供的激励基础上，对悬臂梁施加了额外机械激励——由集成于悬臂梁的氮化铝压电薄膜驱动器产生，并采用相移激励方式驱动。通过惠斯通电桥电路中的压电层进行电学Q值测定，同时利用激光多普勒测振仪进行光学验证。根据测量方法不同，Q值分别降低约1.9倍（电学法）和1.6倍（光学法），从而可通过简单廉价的电子手段实现MEMS结构的阻尼调控。
作者：
Martin Fischeneder，Martin Oposich，Michael Schneider，Ulrich Schmid
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