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Laterally-driven electrostatic attractive- and repulsive-force microactuators for frequency tuning and quality-factor control = 주파수 및 감쇠계수 조정이 가능한 정전인력 및 정전반발력 수평구동형 마이크로액츄에이터
서명 / 저자 Laterally-driven electrostatic attractive- and repulsive-force microactuators for frequency tuning and quality-factor control = 주파수 및 감쇠계수 조정이 가능한 정전인력 및 정전반발력 수평구동형 마이크로액츄에이터 / Ki-Bang Lee.
저자명 Lee, Ki-Bang ; 이기방
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2000].
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 This thesis investigates laterally-driven electrostatic attractive- and repulsive-force microactuators whose frequency and quality-factor can be adjusted electrically. In the attractive-force microactuators, a set of a triangular tuning-comb arrays with linearly varied finger length is used for frequency tuning. Quality-factors are adjusted by the electrostatic force, reducing the damping gap between two planar microstructures. The electrostatic repulsive-force microactuators are designed to use the lateral repulsive-force induced by asymmetry of in-plane electric field. The resonanat frequency and quality-factor of the repulsive-force microactuator have been adjusted by the change of DC bias voltage.  The attractive-force and repulsive-force microactuators are fabricated by a 4-mask surface-micromachining process. Actuation and tuning forces of each microactuator are characterized by analytical and numerical simulations. The resonant frequency and quality-factor of each of microactuator are measured and compared with the theoretical values. A 3.3% reduction of the resonant frequency of the attractive-force microactuator was achieved from the initial resonant frequency of 2.42kHz for the tuning voltage increase of 20V, resulting in the equivalent stiffness modification rate of $-4.9\times10^{-5}N/m/V^2$. The resonant frequency of the repulsive-force microactuator were increased from 11.7kHz to 12.7kHz for the DC bias voltage increase of 80V from 60V, resulting in the frequency tuning sensitivity of 0.11%/V. The quality-factor of the attractive-force microactuator can be reduced at the rate of 62/V in the control voltage range of 1.75~2.25V; thereby demonstrating the maximum 50% reduction of quality factor for the electrostatic control voltage in the range of 1.75~2.25V. The measured quality-factor of the repulsive-force microactuator varies from 12 to 13 for the DC bias voltage range of 60~140V. It is concluded that the resonant frequency and quality-factor of the repulsive-force microactuators increase with the DC bias voltage, while those of the attractive-force microactuators decrease with the DC bias voltage.

 본 논문에서는 공진주파수와 감쇠계수의 전기적 조정이 가능한 정전인력 및 정전반발력 수평구동형 마이크로액츄에이터를 연구하였다. 먼저 수평구동형 정전인력 마이크로액츄에이터에서는, 빗살의 길이가 선형으로 변하는 삼각형의 빗살배열을 이용하여 공진주파수 조정을 가능케 하였으며 또한 상대운동을 하는 평행평판사이의 간격을 변하게 하여 감쇠계수를 조정할 수 있게 하였다. 한편, 수평구동형 정전반발력 마이크로액츄에이터에서는, 전기장의 비대칭성에 의하여 유기되는 수평방향의 정전반반력을 이용하여 구조물의 공진주파수와 감쇠계수를 조정할 수 있음을 보였다.  이상과 같은 두 종류의 마이크로 액츄에이터의 작동여부 및 성능을 확인하기 위하여 4장의 마스크를 이용하는 박막미세가공으로 시험용 구조물을 제작하였다. 상용소프웨어 (Maxwell, Fluent)를 이용하여 마이크로 액츄에이터의 정전력 및 감쇠력을 구하여 마이크로액츄에이터의 공진주파수와 감쇠계수를 구하였고 이를 이론치와 비교하였다. 수평구동형 정전인력 마이크로액츄에이터에서는 20V의 조정전압에 대하여 공진주파수가 3.3%감소하였으며, 수평구동형 정전반발력 마이크로 액츄에이터에서는 직류바이어스 전압을 60V에서 80V 더 증가시킬 때 11.7kHz에서 12.7kHz까지 증가하였으며 주파수 조정감도는 0.11%/V이었다. 수평구동형 정전인력 마이크로엑츄에이터의 Q팩터는 1.75~2.25V의 조정전압에 대하여 62/V의 비로 감소하였으며 Q팩터를 최대 50%까지 감소시켰다. 수평구동형 정전반발력 마이크로액츄에이터의 Q팩터는 60~140V의 직류바이어스 전압에 대하여 12에서 13까지 증가하였다.  직류바이어스 전압을 증가시킬 때, 수평구동형 정전인력 마이크로 액츄에이터의 공진주파수와 Q팩터는 모두 감소하였으나 수평구동형 정전반발력 마이크로 액츄에이터의 공진주파수와 Q팩터는 모두 증가함을 실험적으로 입증하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DME 00007
형태사항 xix, 124 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이기방
지도교수의 영문표기 : Young-Ho Cho
지도교수의 한글표기 : 조영호
수록잡지명 : "A triangular electrostatic comb array for micromechanical resonant frequency tuning". Sensors and actuators, vol. A70, pp. 112-117 (1998)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 Reference : p. 49-53
주제 MEMS
Micromachine
Microactuator
Microsensor
Frequency tuning
Quality-factor control
멤즈
마이크로머신
마이크로액츄에이터
마이크로센서
주사수 조정
감쇠계수 조정
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