There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Het Piekdie Systeem van de Sensor van de Opsporing van de Schok op Flexibel Substraat wordt Vervaardigd

door Dr. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Stephen M. Phillips en David R Allee, de Universiteit van de Staat van Arizona
Overeenkomstige auteur: naren@asu.edu

Besproken Onderwerpen

Samenvatting
Inleiding
Ontwerp
     Berekeningen
     Simulaties
Vervaardiging
     De Stroom van het Proces
     Het Silicium Offer Etst
De Resultaten van de Test
Conclusies

Samenvatting

De Ononderbroken blootstelling van personeel aan explosiedrukgolven is gekend om interne schade te veroorzaken die tot onherstelbare schade kan leiden als niet vroeg ontdekt en vandaar de behoefte om sensoren te ontwerpen die kunnen ontdekken, schokinformatie te registreren en te tonen. Wij stellen het werk voor resulterend in het ontwerp en de vervaardiging van passieve schoksensoren op flexibel substraat voor verhoogde portabiliteit verbeterde functionaliteit.

Inleiding

Het sluiten-Hoofd hersenentrauma is moeilijk om allebei op het gebied waar de snelle besluiten worden vereist, evenals in een het ziekenhuismilieu te diagnostiseren en te behandelen waar de vroege besluiten de prognose op lange termijn voor terugwinning en rehabilitatie kunnen beïnvloeden. De besluiten van het Gebied zijn essentieel aangezien de aangewezen directe actie voor behandeling een groot effect op de prognose op lange termijn kan hebben. Voorts is de kennis van het type en de strengheid van traumatische aanhoudende hersenenverwonding kritisch belangrijk in het ontwikkelen van en het voorschrijven van de aangewezen rehabilitatiestrategieën op langere termijn. Niet om worden genegeerd is het psychologische belang om realistische verwachtingen aan de patiënt en zijn of haar familie en caregivers te kunnen verstrekken1,2.

Een wijd opgestelde, rendabele oplossing zal om de nauwkeurige cumulatieve piekmeting van de ontploffingsdosis te verstrekken in direct het verstrekken van betere geduldige zorg en in het toelaten van de ontwikkeling van een nauwkeurig op experiment-gebaseerd model voor de wijzen en de strengheid van traumatische hersenenverwonding toe te schrijven aan specifieke types, omvang en duur van ontploffingsdosis efficiënt zijn. De technologische reden is aan hefboomwerking de recente innovaties in flexibele substraatelektronika en vertoningstechnologieën door een MEMS-Gelijkaardig proces van de sensorvervaardiging voor ontploffing (druk) te integreren ontdekkend. Zullen de enige het proces van de partijvervaardiging het integreren sensoren, de elektronika en de vertoningen de laagste vereiste kosten voor grootschalige plaatsing verstrekken.

De sensormarkering zal passief van aard moeten zijn om de behoefte aan een constante machtslevering te elimineren om de informatie te registreren3. De Integratie van een vertoningselement aan zal de markering triage dokters toelaten om misschien de Traumatische Verwonding van Hersenen op het (TBI) gebied te lezen en te diagnostiseren.

Dit sensorsysteem kan ook in mijnbouwtoepassing worden gebruikt die de hoeveelheid schok te ontdekken door personeel wordt ervaren. Een gewijzigde versie van het systeem kan ook worden gebruikt om de integriteit van een structuur te meten aan ononderbroken drukgolven wordt blootgesteld en misschien mijnbouwongevallen te verhinderen die. De Markeringen die de intensiteit van drukgolven meten die gebouwen plakken tijdens vernielingen op bezige gebieden kunnen nuttige gegevens naar betere controle en aanvaardbare schokniveaus verstrekken. De Intensiteit van golven die van audiobronnen afkomstig zijn kan zonder het gebruik van dure apparatuur en opstelling worden gemeten. Deze informatie kan worden gebruikt om veilige audioniveaus voor luisteraars te bepalen en auditieve schade te verhinderen toe te schrijven aan hevig lawaai.

Ontwerp

De sensormarkering bestaat uit een sensor aan een elektroforetisch vertoningselement dat wordt aangesloten. De sensor heeft een condensator zoals structuur met een opvouwbaar die membraan boven een vaste elektrode wordt opgeschort. Het uit elkaar plaatsen tussen de membranen en de dikte van het flexibele membraan wordt gebruikt om het instortingspunt te controleren. Wanneer een drukgolf het beweegbare membraan slaat, doet afwijken het over het uit elkaar plaatsen tussen de elektroden en neemt contact met de vaste elektrode op. Op het opnemen van contact de elektrode, Van der Waal's en/of Casimir de krachten het membraan verhinderen terug naar zijn originele positie zich te bewegen. De verandering in impedantie tussen de twee elektroden wordt dan gebruikt om een instorting te ontdekken en het vertoningselement te activeren door een weerstandsnetwerk.

Berekeningen

De druk van de Instorting voor een sensor is verwant met de dikte van het membraan, uit elkaar plaatsen tussen, straal van de sensor en het bezit die van het metaal zoals aangetoond in (1).

ω (r) = [ω0 {1 - (r/a)2}] - (1)

Waar ω0 de afbuiging op het centrum van het membraan is, is a de straal van de sensor. De afbuiging op het centrum van het membraan ω wordt0 gegeven door (2),

ω0 = (p •a4)/(64 • D) - (2)

Waar p is zijn de toegepaste druk en D de flexural starheid van membraan (3).

D = (E • t2)/12 [1-μ2] - (3)

E is de Modulus van de Jongelui, is t de dikte van het membraan en μ is Poisson verhouding4.

Die de ingewikkeldheid van het vervaardigingsproces en het aantal maskers te verminderen voor vervaardiging worden vereist, worden de straal van de sensor en het uit elkaar plaatsen tussen de membranen bevestigd en de dikte van het membraan gevarieerd om verschillende gevoeligheden te bereiken. Ook, eist de vierde ordeafhankelijkheid van de drukgevoeligheid voor de straal van de sensor de boete ultra controle bepalend de sensorstraal etst die tot verhoogde kosten leidt. Het uit elkaar plaatsen tussen de membranen wordt geplaatst bij 0.5µm, wordt de straal van de sensor geplaatst aan 70µm en de dikte van de film van het Aluminium is gevarieerd van 0.6µm tot 1µm om de gevoeligheid van 100kPa aan 450kPa te variëren.

Simulaties

De ontwerpen worden getest voor functionaliteit en verrichting gebruikend Coventorware®, een simulatiehulpmiddel algemeen voor simulatie die MEMS wordt gebruikt. Fig. 1 en Fig. 2 tonen simulaties van de sensor before and after aandrijving. Het model is overdreven in de z-as om detail te tonen. De Verplaatsing van het membraan toe te schrijven aan een druk wordt getoond in de cijfers en voortvloeit uit simulaties is in overeenstemming met berekende waarden.

Figuur 1. Het Model van sensor met etst gaten in het midden vóór activering.
Figuur 2. Model tonende afbuiging in het sensormembraan na activering.

De Simulaties helpen ook met het ontwerpen van en het testen van verschillende configuraties en materialen voor het hoogste membraan. De Serie van sensoren wordt verbonden tegelijkertijd om gevoeligheid van de markering te verbeteren en met foutentolerantie van willekeurige defecte sensoren te helpen.

Vervaardiging

De sensormarkeringen worden vervaardigd gebruikend de standaardprocessen van de Transistor van de Dunne (TFT) Film om verenigbaarheid met de processen van VLSI te verzekeren en vervaardigingskosten te drukken. De sensoren worden vervaardigd op een flexibel substraat om conformality met de opzettende oppervlakte te verzekeren die de rug van een helm of een schouderflard kan zijn. Alle die processen voor de vervaardiging van de apparaten worden gebruikt zijn lage temperaturen om de integriteit van het substraat te beschermen.

De Stroom van het Proces

De Eerste stap in de vervaardiging van de sensoren impliceert het plakken van het substraat flexibele van het Polyethyleen naphthalate (PEN) op een carrier substraat5. Het proces wordt plakkend uitgevoerd gebruikend een merkgebonden samenstelling die alle die verwerkingsstappen kan verdragen op het substraat worden uitgevoerd.

Na het plakken, een dunne laag van Aluminium die is gedeponeerd wordt gebruikt sputtert om de onderste elektrode te vormen. Het Aluminium wordt gekozen als elektrodenmateriaal aangezien het goed etst selectiviteit aan xenondifluoride (XeF)2 offer etst versieproces aanbiedt6,7 dat aan het eind wordt uitgevoerd. 0.5µm het dikke silicium is sputteren gedeponeerd om de offerlaag tussen de twee elektroden te vormen. De hoogste elektrode wordt ook gevormd door te vormen sputtert de gedeponeerde laag van het Aluminium de waarvan dikte verkoos is om de gewenste gevoeligheid te krijgen. Hoewel de tests gebruikend de films werden uitgevoerd van het Aluminium kunnen andere materialen zoals metalen met de Modulus van verschillende Jongelui worden gekozen. Het uit elkaar plaatsen tussen de twee die elektroden wordt door grondig silicium weg te etsen etst gaten gecreeerd over het gebied van de sensor worden geplaatst. De Definitieve stap in de vervaardiging impliceert het debonding van het substraat van de PEN met vervaardigde apparaten van het carrier substraat. Fig. 3, 4 en 5 toont de processtroom voor de vervaardiging van de schoksensoren die wordt gebruikt. Nadat de sensoren debonded van het carrier substraat zijn een strook van elektroforetisch materiaal wordt vastgemaakt om op de activering van de sensor te wijzen.

Figuur 3. De onderste elektrode van de Storting en van het patroon voor de sensor
Figuur 4. Het silicium offerdielaag van de Storting door hoogste metaal wordt gevolgd.
Figuur 5. Etst het hoogste metaal van het Patroon met gaten en voert offer uit etst om structuur vrij te geven.

Het Silicium Offer Etst

Een vastgestelde XeF2 het gasachtige silicium proces etst wordt gebruikt om de grootte van de sensor te bepalen en de behoefte aan een extra masker te elimineren om de siliciumlaag te vormen die beurtelings de eenheidskosten van de sensormarkering vermindert.

Een basisdieXeF2 etst systeem bestaat uit een bron2 XeF met een expansievat wordt verbonden dat beurtelings met de apparatenkamer verbonden is. XeF2 is een vast lichaam maar heeft een lage dampdruk die het vaste lichaam veroorzaken aan verandering in gas bij kamertemperatuur en luchtdruk. Om te controleren ets proces, wordt het vaste lichaam toegestaan om zich aan een vastgestelde druk in een expansievat uit te breiden. Het gas wordt dan toegestaan om de apparatenkamer in te gaan die de steekproef houdt. Het gas wordt toegestaan om voor een vooraf bepaalde die tijd ook te reageren als cyclustijd wordt bedoeld, nadat etchant volledig de kamer wordt gepompt uit en het proces uitgeput wordt voor een vastgesteld aantal cycli wordt herhaald. Ets tarief van 2µm/min wordt waargenomen wanneer de uitbreidingsdruk aan 2.7mTorr wordt geplaatst. De Gasachtige aard van de etchant hulp overwint stiction gemeenschappelijk in structuren het vrijgegeven gebruiken natte etchant. 8 etsen elke cycli 60 lange seconden werden gevonden adequaat om te zijn voor het vrijgeven van de sensoren.

De Beelden van sensoren op de substraten van de PEN worden vervaardigd worden getoond in Fig. 6 en Fig. 7 die. Fig. 6 toont een sensor met stootkussens voor weerstandsmeting en Fig. 7 toont een geïntegreerde sensormarkering met vertoningselement.

Figuur 6. Beeld van een vervaardigde sensor die de sensorserie in de midden en metingsstootkussens tonen rond de rand.
Figuur 7. De serie van de Sensor met vertoningselement dat wordt geïntegreerd.

De Resultaten van de Test

De beelden van het Optische en aftastenelektron van de sensoren na vervaardiging bevestigen de versie van de membranen en de hulp raffineert het vervaardigingsproces. Het Beeld van sensoren before and after activering bevestigt het ontwerp. De Optische beelden van de sensoren worden getoond in Fig. 8.

Figuur 8. Optisch beeld die van sensorserie sensoren before and after activering tonen.
Figuur 9. Het beeld van SEM en een FIB besnoeiing die van sensor misvormd membraan tonen.

Fig. 9 toont een beeld van SEM van een sensor die op de verandering in membraan before and after activering wijzen. Een Geconcentreerde Ionenstraal (FIB) sneed overdwars één van het membraan wordt gepresteerd om het uit elkaar plaatsen tussen het membraan en de onderste elektrode te bevestigen. Op controle van de membraaninstorting, worden de weerstandsmetingen over de twee elektroden geregistreerd voor diverse sensoren en de lezingen vermeld in Lijst 1.

Lijst 1. Weerstanden voor verschillende sensoren before and after activering.

De metingen van de Weerstand
Weerstand
100kPa
300kPa
450kPa
Vóór Activering
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
Na Activering
15MΩ
14MΩ
16MΩ

De Inleidende die resultaten van apparaten op de flexibele substraten van de PEN worden vervaardigd zijn zeer belovend en testen van apparaten in een gekalibreerde schokbuis is aan de gang op Natick van het Leger van de V.S. het Onderzoek van de Militair, Ontwikkeling, & het Centrum van de Techniek in Natick, DOCTORANDUS IN DE LETTEREN.

Conclusies

De Passieve sensoren van de drukgolfdruk geschikt om intensiteit van explosies zijn te ontdekken en te registreren vervaardigd op de flexibele substraten van de PEN. De condensator MEMS zoals structuren die opvouwbare membranen met geïntegreerde elektroforetische vertoningselementen hebben is vervaardigd om druk van 100kPa te ontdekken en te registreren aan 450kPa. Het Gegeven als gevolg van het aanvankelijke testen wordt gebruikt om het sensorontwerp te raffineren en veelvoudige sensoren voor verminderde voetaf:drukken en verhoogde waaier en resolutie te integreren.


Verwijzingen

  1. Douglas S. DeWitt en Donald S. Prough, de „ontploffing-Veroorzaakte Verwonding van Hersenen en Hypotensie Posttraumatic en Hypoxemia,“ blz. 877-887, Juni 2009.
  2. D. Hoofd, „Militaire TBI Tijdens de Oorlogen van Irak en van Afghanistan,“ J. Head Trauma Rehabil., volume 21, blz. 398-402, 2006.
  3. T. Ng, A.C. Arias, J.H. Daniel, S. Garner, L. Lavery, S. Sambandan en G.L. Whiting. Flexibele afgedrukte sensorband voor diagnostiek van milde traumatische hersenenverwonding. Voorgesteld bij IDTechEx Afgedrukte Elektronika Azië.
  4. S.P. Timoshenko, „Theorie van Platen en Shells“, McGraw-Hill, 1940.
  5. S.M.O'Rourke, S.M. Venugopal, G.B. Raupp, D.R. Allee, S. Ageno, E.J. Bawolek, D.E. Loy, J.P. Kaminski, C. Moyer, B.O'Brien, K. Long, M. Marrs, D. Bottesch, J. Dailey, J. Trujillo, R. Cordova, M. Richards, D. Toy en N. Colaneri, de „Actieve Elektroforetische Vertoningen van de Matrijs op de Tijdelijke Substraten In Entrepot van het Roestvrij Staal met 180 [graad] C a-Si: H TFTs,“ SID, volume 39, blz. 422-424, Mei 2008, 2008.
  6. L.R. Arana, Mas van N. d., R. Schmidt, A.J. Franz, M.A. Schmidt en K.F. Jensen, „Isotrope ets van silicium in fluorgas die voor MEMS,“ Microengineering van J Micromech, volume 17, blz. 384-392, 2007 micromachining.
  7. I.W.T. Chan, K.B. Brown, R.P.W. Lawson, A.M. Robinson, Yuan Ma en D. Strembicke, „de faseimpuls ets van het Gas van silicium voor MEMS met xenondifluoride,“ de Elektro en Techniek van de Computer, de Canadese Conferentie van IEEE van 1999, volume 3, blz. 1637-1642 vol.3, 1999.

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org

Date Added: Dec 15, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:02

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