基于能量-位移图景的铁电负电容混合MEMS执行器分析

我们提出一种基于能量的框架，用于分析铁电负电容混合微机电系统（MEMS）执行器的静力学与动力学。利用将铁电电荷与可动电极位移相关联的映射函数，得到以位移表示的混合执行器哈密顿量。随后我们使用图形化的能量-位移与相图来分析混合执行器的静态吸合、动态吸合与释放现象。借此，我们说明了相较于独立MEMS执行器，混合执行器对静态与阶跃输入的低电压工作特性。所得结果与解析预测及数值仿真一致。所提框架能够直接纳入接触表面间采用范德华力建模的粘附作用。我们表明吸合电压不受影响，而由于粘附作用释放电压降低。该框架为设计和分析基于负电容的低电压MEMS执行器提供了基于物理的工具。