Micro и Системы Nanoelectromechanical: Новый Подход для Датчика Низкой Цены 6D Инерциального

Др. Philippe Робертом

Philippe Роберт, Patrice Rey, Patrice, Arnaud Walther, Guillaume Jourdan и Mylène Savoye, CEA-LETI
Соответствуя автор: philippe.robert@cea.fr

Конспект

Мы романный подход для очень датчика низкой цены 6D инерциального. Эта принципиальная схема основана на идее смешать на таком же приборе MEMS и технологиях NEMS. Часть MEMS использована для массы для того чтобы держать достаточное инерциальное усилие, и использовано NEMS по мере того как очень чувствительный sub-µm ый датчик усилия. Эта принципиальная схема позволяет и в-плоскости и ускорению вне--плоскости или обнаружению Отклоняющей силы вращения земли на таком же приборе. Она также совместима с дифференциальным обнаружением для уменьшения термальных смещений.

Технологическое осуществление и первые характеризации акселерометра 3 осей и gyrometer 3 осей были достиганы и будут детализированы в представлении. На основании этих результатов, одно обеспечивает след ноги более малые чем 3,5 mm2 для внедрения акселерометра 3 осей и gyrometer 3 осей на таком же обломоке. К нашему знанию, этот уровень внедрения и миниатюризация никогда.

Мотивировка

Рост рынка MEMS приходит главным образом от потребительского рынка (сотового телефона, игры,…). Для этого рынка, очень сильное давление приложено на изготовлениях MEMS. Типично 5 до 15% снижения себестоимости предположены каждый год для этих компонентов. В конце, простое оптимизирование конструкции и процесс будут недостаточны а после этого ожидано, что drastically миниатюризирует технологический прорыв ясно датчики MEMS.

Однако, это уменьшение размера имеет главные импульсы на инерциальном датчике, в частности относительно представления: Уменьшение сейсмической массы имеет сразу удар на чувствительности, и понижает номинальную емкость, с последствиями на отношение сигнал-шум. Отжимает эти ограничения, предложены, что смешивая структуры micro и nanoscale, таким образом названы новое понятие M&NEMS. Основная мысль совместить на таком же приборе толщиной слой MEMS для инерциальной массы, с тонкой и узкой частью NEMS осуществить ый тензометрический датчик. Высокая чувствительность может быть полученные должными к очень высокой концентрации напряжений наведенной очень малым профилем датчика nanowire кремния и также рукояткой рукоятки влияние акселерометров и gyrometers конструирует (см. FIG. 1). 2 толщины подхода к M&NEMS предлагают также способность иметь на таком же обломоке в-плоскость и обнаружение вне--плоскости инерциального движения массы (см. FIG. 2). Оно значит что с этими принципиальной схемой и технологией, инерциальные датчики можно интегрировать в меньш чем 1 mm2 для 3D-accelerometer и более менее чем 2,5 mm2 для 3D-gyrometer.

Диаграмма 1: Принципиальная Схема акселерометра M&NEMS: ускорение В-Плоскости причиняет массу вращать вокруг вращая вала который прикладывает осевое усилие в датчике ом NEMS. Это усилие усилено влиянием рукоятки рукоятки наведенным конструкцией (амплификацией x30), и также очень малым разделом датчика увеличенного утонченным ым датчиком (увеличением x5)
Диаграмма 2: Принципиальная Схема акселерометра вне-плоскости M&NEMS. В той конфигурации, вертикальное ускорение причиняет массу вращать вокруг шарниров. Это вращение прикладывает осевое усилие в датчике ом NEMS (по мере того как датчик более тонок чем масса). Как в случай в-плоскости, это усилие усилено влиянием рукоятки рукоятки.

Результаты

Пример акселерометра в-плоскости и gyrometer X-Оси показаны в FIG. 3 и FIG. 5.

Диаграмма 3: Взгляд SEM акселерометра в-плоскости
Диаграмма 4: Электрическая характеризация акселерометра 50g (относительное изменение сопротивления датчика против ускорения)
Диаграмма 5: Взгляд SEM gyrometer Z-Оси

Фокус на датчике препятствует ясно для того чтобы появиться масса MEMS инерциальная 15µm толщиного, и sub-µm датчик который имеет раздел 0.25x0.25µm2. 6 уровней маски технологии accelero и гироскопа M&NEMS будут детализированы в представлении (FIG. 7). Этот процесс основан на технологии SOI где часть NEMS изготовлена в тонком слое active кремния. Часть MEMS определена внутри эпитаксиальный слой кремния 15µm. Электрические характеризации этих 2 видов датчиков все еще внутри прогресс, но до тех пор, все измеренные параметры в совершенном согласовании с имитациями.

Диаграмма 6: измерение Q-Фактора на Z-Гироскопе
Диаграмма 7: Поток процесса акселерометра M&NEMS

Он относится:

  • Чувствительность (FIG. 4), линеарность и термальное смещение для акселерометра;
  • Частоты привода и чувства резонирующие, Q-Факторы (поведение FIG. 6), восходящего потока теплого воздуха и давления для gyrometer.

Относительно gyrometer, чувствительность nano-датчиков такое что она может работать в незамкнутом сет режиме. Деятельность в грубый упаковывать вакуума (без геттера) кажется также очень правоподобной.

Внешний Вид

Новые конструкции и технологические бега в прогрессе, котор нужно пойти более далее в развитие этой принципиальной схемы, в частности интегрировать в этих же подачу магнитометр 3D и датчик давления. Цель достигнуть в конце демонстрации модуля датчика IMU с 9-градус--свободой (акселерометром 3-оси + gyrometer 3 осей + магнитометр 3 осей) и датчика давления интегрированного на таком же обломоке.

Авторское Право AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:41

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit