近日，振动、冲击、噪声研究所张文明教授团队提出了一种新型低应力三渐近线支撑梁设计，显著提升了静电MEMS微镜的结构可靠性和光学扫描性能。研究成果“An electrostatic micro-electromechanical systems micromirror with low-torsional stress supported by three-asymptote beam”发表在Chip上。博士生方肖勇和李昂为论文共同第一作者，张文明教授为通讯作者。
微机电系统（MEMS）微镜是激光雷达、显微成像和微型投影等领域的关键光学器件。与电磁、压电和热驱动方式相比，静电微镜因其高能效、低功耗和结构紧凑而受到广泛关注。然而，传统直梁支撑结构在倒角处容易产生显著的应力集中，严重影响器件寿命，极大限制了其在高可靠性场景下的应用。
为突破这一瓶颈，研究团队提出了一种新型的三渐近线支撑梁结构设计方案。器件采用SOI硅片双面光刻工艺制备，镜面与支撑梁位于器件层，固定梳齿与腔体位于衬底层，整体布局紧凑有序。同时，团队首次引入了三渐近梁的数学函数设计，使支撑梁在旋转过程中应力分布更加均匀，避免了局部应力过度集中的问题。通过调节“形状系数”，灵活控制器件的谐振频率，在结构可靠性与性能可调性之间获取最优平衡。
仿真与实验结果均验证了该设计的有效性。有限元分析表明，三渐近梁的最大应力仅为280MPa，相比传统直梁大幅降低近60%，显著提升了器件的结构可靠性。研究团队加工并测试了镜面尺寸为1mm的微镜器件，在静态模式下实现了4.3°扫描角（60V驱动），在谐振模式下实现了3.1°扫描角（445 Hz、20 Vpp驱动）。这一成果在减弱支撑梁应力集中与性能可调方面实现了双重突破，为高性能扭转MEMS器件的设计与应用提供了重要参考。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2709472325000127
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