静电驱动是主要的 方法 用于诱导运动 微机电系统它利用施加电压时，由介质间隙隔开的两个电极之间的吸引力。该力与电压的平方和电容梯度成正比。常见的设计包括用于平面外运动的平行板电容器和用于大平面内位移的梳状驱动器。
MEMS静电驱动
1990
- William C. Tang
（图片仅供参考）
静电驱动因其低功耗（理想情况下为零静态功耗）、高速以及与标准微加工工艺的兼容性，在微机电系统（MEMS）中备受青睐。平行板致动器中的基本力 F 由下式给出：F = frac{1}{2} frac{dC}{dx}V^2[/latex]，其中 V 为电压，dC}{dx 为电容 C 相对于位移 x 的梯度。对于理想的平行板电容器，该方程可简化为 [latex]F approx frac{1}{2} frac{epsilon AV^2}{g^2}[/latex]，其中 [latex]epsilon[/latex] 为介电常数，[latex]A[/latex] 为极板面积，[latex]g[/latex] 为间隙。该方程凸显了一个关键挑战：力与位移呈高度非线性关系。随着间隙的闭合，静电力迅速增大，而典型的机械恢复力（来自弹簧）则呈线性增长。在某个点（通常为初始间隙的三分之一），静电力会超过恢复力，导致活动极板不稳定地吸附到固定极板上。这种被称为“吸合”的现象限制了简单静电致动器的稳定行程范围。
为了克服这一局限性，人们发明了梳状驱动致动器。它由两个相互交错的导电梳状结构组成。施加电压后，指状结构两侧会形成静电场。这会产生一个横向力，使一个梳状结构相对于另一个梳状结构沿基板平行移动。其关键优势在于，随着梳状结构啮合，重叠的指状结构对数量增加，但它们之间的间隙保持不变。这使得电容随位移线性变化，从而产生一个基本与可移动梳状结构位置无关的力。这种稳定、长程的驱动方式是一项革命性的突破，它使得各种器件得以应用，特别是像陀螺仪和加速度计这样需要精确稳定力反馈的高性能谐振传感器。
- 电容器, 增材制造设计（DfAM）, 电气工程, 电镀, 机械工业, 微机电系统（MEMS）, 微流控技术, 机器人技术, 传感器
UNESCO Nomenclature: 3308
- 电气工程
类型
物理设备
中断
基础
用法
广泛使用
前体
- 库仑静电力定律
- 电容器的概念
- 用于制造精确电极间隙的半导体制造工艺
- 利用微加工技术制造可释放、可移动的结构
应用程序
- 陀螺仪中的梳状驱动谐振器
- 数字微镜器件（DMD）
- 射频MEMS开关和变容二极管
- 可调谐激光器和光学滤波器
- 原子力显微镜（AFM）扫描器
专利：
- US5025346A
潜在创新理念
相关领域：静电驱动、MEMS、梳状驱动器、致动器、吸合效应、电容、微型致动器、电压、平行板、微电子学。
历史背景
MEMS静电驱动
（如果日期未知或不相关，例如“流体力学”，则提供其显著出现的近似估计）
