Похожие презентации:
НЭМС. Наноэлектромеханические системы
1. НЭМС
Наноэлектромеханические системы2. НЭМС
Микроэлектромеханические системы (МЭМС) – это ужеотработанная технология производства интегральных
устройств
с
механическими
и
электрическими
подсистема с микрометровыми размерами. Если
размеры системы уменьшаются меньше 1 микрона, то
такие системы стали называть по аналогии –
наноэлектромеханическими системами (НЭМС).
НЭМС – технология зарождающаяся, находится на
стадии научных исследований, в производстве
практически не задейстована.
3. НЭМС
Наномеханический резонатор4. Способы изготовления
Две основные концепции изготовления НЭМС:сверху-вниз(top-down) и cнизу-вверх (bottom-up)
5. Способы изготовления
Подход сверху-вниз(top-down):• Фотолитография в глубоком ультрафиолете (EUV, >10 нм,
синхротроны или плазма, разогреваемая импульсом лазера)
• Электронно-лучевая литография (EBL, <10 нм, катоды
с горячей или холодной эмиссией)
• Рентгеновская литография (X-ray Lit., < 1 нм,синхротроны)
• Зондовая литография (Probe Lit., ~10нм,
сканирующий туннельный микроскоп)
• Нанопечатная литография (Nanoimprint, ~10нм, нанопечатные маски)
6. Способы изготовления
Зондовая литография7. Способы изготовления
Нанопечатная литография8. Способы изготовления
Подход cнизу-вверх (bottom-up):Изготовление нанонитей др. наноструктур для НЭМС:
1. Бескаталитическое осаждения из газовой фазы (CVD).
2. Каталитическое осаждение из газовой и жидкой фазы
(VLS, SLS)
3. Темплатное изготовление (на основе матриц из нанопористого алюминия и трековых мембран)
4. Электроспинниг (электроформование).
9. Способы изготовления
Каталитический рост нанонитей (VLS и SLS)Нанонити InP,
выращенные по
механизму VLS
10. Способы изготовления
Темплатный методМембраны
нанопористого
алюминия
11. Способы изготовления
ЭлектроспиннингУстановка по изготовлению
нановолокон методом
электроспиннинга
Нанонити, полученные
с помощью
электроспиннинга
12. Способы изготовления
ЭлектроспиннингУстановка по изготовлению
нановолокон методом
электроспиннинга
Нанонити, полученные
с помощью
электроспиннинга
13. Применение НЭМС
Не смотря на то, что существуют НЭМС – нано-захваты или наноэлектромеханические реле, основное и самое перспективноеприменение НЭМС – это датчики ультрамалых масс, сил,
смещений и заряда. Все эти высокочувствительные датчики
строятся по схожему принципу – используя в качестве основного
элемента механические нанорезанаторы различной конфигурации.
14. НЭМС - резонатор
Обобщенная схема работы датчиков на основе наномеханическихрезонаторов
15. НЭМС - резонатор
Плюсы:• Высокие частоты – возможность избавиться от
сторонних воздействий ( от тепловых колебаний
ћω≥kBT, где ω – частота резонатора, при 50 мК –
1ГГц);
• Высокая добротность (до 10000) и малое
энергопотребление (< 1 мкВт);
Минусы:
• Сложность сохранения точных геомет-рических
размеров. Сильно возрастает роль поверхностных
эффектов (из-за увеличения отношения
поверхность-объем);
• Необходимость охлаждения;
16. НЭМС - резонатор
Процесс изготовленияНЭНС-резонатора (подход
сверху-вниз, электроннолучевая литография):
НЭНС-резонатор (подход
снизу-вверх, нано
литография):
17. Характеристики НЭНС-резонаторов
Основные материалы, из которых изготавливаются наномеханическиерезонаторы
Повысить резонансную
частоту можно используя
более толстые и короткие
балки из более упругих и
легких материалов
18. Измерение резонансной частоты НЭМС
Для измерения резонансной частоты частоприменяют ряд методик, таких как
магнитодвижущий, электродвижущий,
оптический методы.
При магнитодвижущем методе
детектирования в АЧХ
наблюдается провал на
резонансной частоте
19. Измерение резонансной частоты НЭМС
Электродвижущий методПри магнитодвижущем методе
детектирования в АЧХ
наблюдается пик на
резонансной частоте
20. Измерение резонансной частоты НЭМС
Оптический метод21. Параметры современных НЭМС
22. Параметры современных НЭМС
23. Измерение малых масс
24. Измерение малых сил и смещений
25. Применения
Количество материалови применяемые процессы, чтобы сделать
другие Microtechnologies значительно
превышает те, которые используются для
производства интегральных схем.
26. Применения: примеры
Оптический микрофотографияшвейная игла.Игла на MEMS с
зеркалами оптического
коммутатора (слева),
разработанной Lucent.
Схема (справа) показывает,
как наклон зеркал направляет
сигнал от одного волокна к
другому, независимо от длины
волны света.
"Millipede" технология хранения данных,
разработанные IBM. Схематическое
изображение (слева) принципа
электромагнитного управления и
записи с помощью массива
микрокантилеверов для термической
записи и чтения наноразмерных бит
информации. Схематическое
изображение
(справа) микрокантилеверов: нагретый
зонд для написания битов, а затем их
считывания.
27. Моделирование с ANSYS
1. Построение 3D модели2. Предварительная обработка в ANSYS
• задание граничных условий
• задание cвойства материалов и элементов
3. ANSYS решение
4. Задание с помощью MEMS Pro дополненых условий
в ANSYS
28. Моделирование с COMSOL Multiphysics
29. Моделирование с COMSOL Multiphysics
Исследование резонансных частот
Исследование влияния теплового стресса на резонансную частоту
Оптимизация дизайна
Расчет добротности резонатора
разный дизайн
30. Список литературы
1. “Наномеханические резонаторы” Гринберг Я.С., Пашкин Ю. А., ИльичевЕ. В., Успехи Физических Наук,т. 182, №4, 2012,
2. “Nanoelectromechanical systems”, K. L. Ekincia, M. L. Roukes, REVIEW OF
SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 76, 061101, 2005.
3. “Nano- and Microelectromechanical Systems”, S. E. Lyshevski, CRC Press,
2001.