마이크로 컴퓨터와 Nanoelectromechanical 시스템: 저가 6D 관성 센서를 위한 새로운 접근

박사에 의하여 Philippe 로버트

Philippe 로버트, Patrice Rey, Patrice, Arnaud Walther, Guillaume Jourdan 및 Mylène Savoye, CEA-LETI
대응 저자: philippe.robert@cea.fr

요약

우리는 아주 저가 6D 관성 센서를 위한 참신한 접근을 제출하고 있습니다. 이 개념은 동일 장치 MEMS 및 NEMS 기술에 섞는 아이디어에 근거를 둡니다. MEMS 부속은 질량이 충분한 관성력을 지키도록 이용되고, NEMS는 때 아주 과민한 이하 µm 중단되는 긴장 계기 사용될 것입니다. 이 개념은 에서 비행기 및 밖으로 의 비행기 가속도 또는 동일 장치에 코리올리 힘 둘 다 탐지 허용합니다. 그것은 또한 미분 탐지와 호환이 됩니다 열 편류를 감소시키기 위하여.

3 측 가속계기 및 3 측 gyrometer의 과학 기술 현실화 그리고 첫번째 특성은 프리젠테이션에서 달성되고 선발될 것입니다. 이 결과를 기준으로 하여, 사람은 더 작은 3.5 mm 동일 칩2 에 3개의 축선 가속계기와 3개의 축선 gyrometer의 통합을 발자국을 제공합니다. 우리의 상식으로는, 통합의 이 수준 및 계속 소형화는 결코 제출되지 않습니다.

동기부여

MEMS 시장 성장은 소비자 시장 (셀룰라 전화, 게임,…)에서 주로 옵니다. 이 시장을 위해, 아주 강한 압력은 MEMS 제조자에 발휘됩니다. 전형적으로 5개에서 가격 할인의 15%는 이 분대를 위해 해마다 예상됩니다. 끝에, 디자인의 간단한 최적화 및 프로세스는 부족하 그 때 과학 기술의 획기적인 돌파구는 명확하게 과감하게 MEMS 센서를 소형화할 것으로 예상됩니다.

역시, 이 크기 축소에는 성과에 관하여 관성 센서에 대한 중요한 영향이, 특히 있습니다: 지진 질량을 감소시키는 것에는 감도에 대한 직접 충격이 있고, 잡음 대 신호 비율에 결과와 더불어 명목상 용량을, 낮춥니다. 이 제한을 극복하기 위하여는, 마이크로 컴퓨터와 nanoscale 구조물을 섞는 새로운 개념은 제시되고, 따라서 M&NEMS이라고 지명됩니다. 중단한 변형계를 실현하는 기본 아이디어는 얇고 좁은 NEMS 부속에 관성 질량을 위한 두꺼운 MEMS 층 동일 장치에, 결합하기 위한 것입니다. 높은 감도는 실리콘 nanowire 계기의 아주 작은 단면에 의해 유도된 아주 높은 응력 집중 장악한 때문이고 할 수 있고 또한 레버 무기에 의하여 가속계기 및 gyrometers의 효력은 디자인합니다 (FIG. 1)를 보십시오. M&NEMS 접근의 2개의 간격은 동일 칩에 관성 질량 운동의 에서 비행기 그리고 밖으로 의 비행기 탐지가 있는 기능을 또한 제안합니다 (FIG. 2)를 보십시오. 이 개념 및 기술과, 관성 센서가 3D 가속계기를 위한 1개 미만 mm 및 3D-gyrometer를 위한 2.52 이하 mm에서 통합될 수 있다는 것을2 의미합니다.

숫자 1: M&NEMS 가속계기의 개념: 에서 비행기 가속도는 질량이 NEMS에 의하여 중단된 계기에 있는 축 방향 응력을 적용하는 자전 샤프트의 주위에 자전하는 원인이 됩니다. 이 긴장은 디자인 (확대 x30) 그리고 또한 엷게 한 중단된 계기 (확대 x5)에 의해 증가시킨 계기의 아주 작은 단면도에 의해 유도된 레버 무기 효력에 의해 증폭됩니다
숫자 2: M&NEMS 밖으로 비행기 가속계기의 개념. 그 윤곽에서는, 수직 가속도는 질량이 경첩의 주위에 자전하는 원인이 됩니다. 이 교체는 (계기가 질량 보다는 더 얇기) 때문에 NEMS에 의하여 중단된 계기에 있는 축 방향 응력을 적용합니다. 에서 비행기 예에 관해서는, 이 긴장은 레버 무기 효력에 의해 증폭됩니다.

결과

에서 비행기 가속계기의 보기 및 X-축 gyrometer는 FIG. 3과 FIG. 5.에서 보입니다.

숫자 3: 에서 비행기 가속계기의 SEM 전망
숫자 4: 50g 가속계기의 전기 특성 (계기 저항의 상대적인 변이 대 가속도)
숫자 5: Z 축선 gyrometer의 SEM 전망

계기에 초점은 두꺼운 15µm의 MEMS 관성 질량, 및 0.25x0.25µm의 단면도를 비치하고 있는 이하 µm 계기 나타나게 명확하게 합니다2. M&NEMS accelero와 자이로컴퍼스 기술의 6개의 가면 수준은 프리젠테이션 (FIG. 7)에서 선발될 것입니다. 이 프로세스는 NEMS 부속이 얇은 실리콘 능동태 층에서 제조되는 SOI 기술에 근거를 둡니다. MEMS 부속은 15µm 실리콘 코피 층 안에 정의됩니다. 센서의 이러한 두 종류 종류의 전기 특성은 아직도 진행중입니다, 그러나 이제까지는, 모든 측정한 매개변수는 시뮬레이션을 가진 완벽한 계약에 있습니다.

숫자 6: Z 자이로컴퍼스에 Q 요인 측정
숫자 7: M&NEMS 가속계기 가공 교류

그것은 염려합니다:

  • 감도 (FIG. 4), 선형성 및 가속계기를 위한 열 편류;
  • 드라이브와 감 공명 주파수, Q 요인 (gyrometer를 위한 FIG. 6), 열 및 압력 행동.

gyrometer에 관하여, nano 계기의 감도는 개방 루프 최빈값에서 작동할 수 있다 그 같은입니다. 거친 진공 포장에 있는 작동은 (게터 없이) 또한 가능성이 높게 보입니다.

전망

새로운 디자인 및 과학 기술 실행은 이 개념의 발달 더에서 들어가기 위하여 진행중입니다, 특히 교류를 동일에서 통합하기 위하여 3D 자력계 및 압력 센서. 목표는 끝에 9 정도 의 자유 (3 측 가속계기를 가진 IMU 센서 모듈의 데몬스트레이션을 + 3 측 gyrometer + 3 측 자력계) 달성하기 위한 것입니다 압력 센서는 동일 칩에 통합했습니다.

저작권 AZoNano.com, MANCEF.org

Date Added: Nov 30, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:23

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