随着微纳米技术的发展,多品种、小批量的微纳米器件的加工技术得到广泛的应用。其中薄膜刻蚀技术是保证微纳米器件制作质量的关键技术。等离子刻蚀由于具备刻蚀效率高、选择性好等特点,广泛应用于各类微纳米器件的加工。不过传统的等离子体加工由于需要掩膜工艺流程,增加了加工制作的周期和成本。基于微小等离子体的扫描刻蚀加工集成了特种悬臂梁探针加工精度高和等离子体刻蚀效率高的特点,且加工过程无需掩膜工艺流程,简化了刻蚀加工所需设备要求,提高了加工效率,成为国内外学者广泛关注的热点问题。在前述研究中,我们提出一种基于压电复合特种悬臂梁探针驱动的扫描刻蚀加工方法,该方法具备扫描探针加工分辨力高和等离子体加工刻蚀效率高的特点。集成压电陶瓷薄膜的特种悬臂梁是扫描刻蚀加工系统的核心器件之一,其工作质量直接关系着整个系统的实现和应用。根据课题研究,本硕士论文完成工作可以概括以下几点：(1)基于PZT材料的压电和逆压电效应,多层悬臂梁的压电薄膜层可以实现复合悬臂梁的自驱动和自传感功能。基于压电学和材料力学理论,建立复合悬臂梁的理论模型,并分析材料结构参数和特性对悬臂梁驱动及传感的作用机理,为后续悬臂梁的控制奠定理论基础。(2)在特种悬臂梁制备过程中,薄膜内产生的残余应力会引起释放后悬臂梁的变形或断裂。基于薄壁梁理论,以等效热应力表述悬臂梁各层薄膜内部的残余应力,建立包含残余应力的微悬臂梁的理论模型。在此基础上利用有限元软件分析结构参数与微悬臂梁弯曲变形量之间的变换规律,并利用田口法基于变形量最小原则对微悬臂梁内的多层薄膜厚度参数进行优化设计。最后针对残余应力的变化范围,分析微悬臂梁共振模态、共振频率和品质因数。(3)在理论分析基础上,通过有限元法建立压电微悬臂梁的共振模型,确定系统中的质量、刚度和阻尼矩阵值,然后利用Guyan减缩法,简化系统状态的自由度,得出系统中相应矩阵值,为后续的仿真研究提供基础,最后简单论述各层加工工艺。(4)通过采用MATLAB/SIMULINK软件建立压电悬臂梁系统的控制模型,包括对此模型进行振动仿真特性分析,由此可在一定程度上了解压电悬臂梁的基本振动特性,并可测试模型控制算法对压电层作为微悬臂梁的作动器或传感器的控制效果。最后利用LABVIEW和DAQ数据采集系统对压电陶瓷电源驱动的双层压电片进行实验控制分析,得出反馈条件下的双层压电片的振动效应。