研究方向一：压电MEMS技术及器件

       随着5G/6G通信、智能传感、生物医疗和物联网（IoT）的快速发展，传统压电器件面临微型化、集成化与高频性能的挑战，而压电MEMS技术凭借其高灵敏度、低功耗、可大规模制造等特性，成为突破应用瓶颈的关键路径。压电MEMS技术及器件是基于压电材料与微机电系统（MEMS）结合的创新方向，其核心是通过压电效应实现机械能与电能的相互转换，在声表面波（SAW）技术和压电微机械超声换能器（PMUT）等领域展现出独特优势。课题组目前主要聚焦于声表面波（SAW）技术和压电微机械超声换能器（PMUT）两类核心器件的研究与开发。

图1. 压电MEMS器件市场前景

       SAW技术及器件基于压电材料表面传播的声波特性，通过叉指电极设计实现信号的滤波、传感与处理。其核心器件（如滤波器、延迟线、传感器）在射频通信（如5G基站滤波器）、环境监测（气体、温度、压力传感）等领域广泛应用，尤其在移动通信中替代传统体声波（BAW）器件，显著提升了高频性能和尺寸优势。在该领域，课题组主要开展SAW技术及器件的理论研究、数值研究、优化设计等科研工作，尤其是SAW扭矩传感器，相关成果已在多篇论文中发表，并获得了多个省部级项目的经费支持。

图2. SAW敏感单元^[1]

图3. SAW的有限元分析^[2]

       PMUT是利用压电薄膜的机械振动实现超声波的发射与接收，在医疗成像（如便携式超声探头）、工业无损检测、消费电子（手势识别、距离传感）以及自动驾驶（近距离避障）中展现出潜力，其微型化特性为可穿戴设备和植入式医疗器件提供了新可能。在该领域，课题组主要开展PMUT器件的数值研究、优化设计、工程应用等科研工作。

图4. PMUT结构示意图^[3]

研究方向二：光学MEMS技术及器件

       随着信息技术、光通信技术的迅猛发展，MEMS发展的又一领域是与光学相结合，即综合微电子、微机械、光电子技术等基础技术，开发新型光器件，称为微光机电系统(光学MEMS)。它能把各种MEMS结构件与微光学器件、光波导器件、半导体激光器件、光电检测器件等完整地集成在一起。形成一种全新的功能系统。光学MEMS具有体积小、成本低、可批量生产、可精确驱动和控制等特点。在该领域，课题组主要聚焦于MEMS微镜，尤其是电热MEMS微镜的相关研究。

       相比于静电式、电磁式、压电式MEMS微镜，电热MEMS微镜具有驱动电压小、偏转角度大等优势，成为微型光学相干断层扫描（OCT）内窥成像仪、微型傅里叶变换光谱仪（FTS）、光通信、AR/VR显示等先进高端应用场景的创新解决方案。目前，课题组开展的相关科研工作包括：电热MEMS微镜的优化设计、流片制备、驱动控制以及外围电路的设计。在该领域，团队已申请发明专利 4 项。

图5. 电热MEMS微镜SEM表征图^[4]

图6. 电热MEMS微镜控制电路架构^[5]

参考文献

[1] https://www.transense.com/

[2] Collins D J, Devendran C, Ma Z, et al. Acoustic tweezers via sub–time-of-flight regime surface acoustic waves[J]. Science advances, 2016, 2(7): e1600089.

[3] Soukup B H. Design of piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) arrays for intrabody networking applications[D]. Northeastern University, 2017.

[4] Zhou L, Zhang X, Xie H. An electrothermal Cu/W bimorph tip-tilt-piston MEMS mirror with high reliability[J]. Micromachines, 2019, 10(5): 323.

[5] Wang W, Chen J, Zivkovic A S, et al. A Fourier transform spectrometer based on an electrothermal MEMS mirror with improved linear scan range[J]. Sensors, 2016, 16(10): 1611.