Типы и конструкции микроэлектромеханических систем. Сенсоры. Классификация сенсоров

1.

Санкт -Петербургский Государственный
Политехнический Университет
Лаборатория нано- и
микросистемной техники
«Типы и конструкции
микроэлектромеханических систем»
Сенсоры
Ю.Д.Акульшин
Вед.инженер НИЛ «НМСТ»
Санкт-Петербург - 2018
Лекция 3

2.

2.Сенсоры. Классификация сенсоров.
Лекция 2
Классификация сенсоров: назначение, вид преобразования, условия эксплуатации.
Характеристики сенсоров: диапазон измерения, чувствительность, точность, линейность,
селективность.
Стандартизация и сертификация сенсоров.
Сенсоры – преобразователи внешнего
физического воздействия в удобный для
измерения сигнал;
Стандартизация и сертификация
сенсоров.

3.

2.Сенсоры. Классификация сенсоров.
Микромеханические сенсоры. Механические конструкции:
объемные, мембранные, балочные, струнные. Виды
преобразователей. Датчики на основе микромеханических
преобразователей.

4.

Механические конструкции
объемные
балочные
мембранные
струнные.

5.

Пьезоэлектрические преобразователи.
Виды преобразователей.
Величина заряда, генерируемого на
поверхности пьезоэлектрического
кристалла, пропорциональна силе,
приложенной, например, в направлении
оси x:
d11 пьезоэлектрический коэффициент вдоль оси
При емкости преобразователя С,
напряжение определяется
выражением:
Пьезоэлектрики являются прямыми преобразователями
механической энергии в электрическую.

6.

Виды преобразователей.
Тензорезистивные преобразователи
Относительное изменение сопротивления
проводника является линейной функцией от
деформации е
Se – коэффициент тензочувствительности
для металлических проводников в пределах 2…6,
для полупроводников – 40…200.

7.

Виды преобразователей.
Емкостные преобразователи.
емкость C изменяется прямо пропорционально площади
электродов
Sy
и
обратно
пропорционально
расстоянию между ними d:

8.

Датчики на основе микромеханических преобразователей
Датчики давления
Тензорезистивные

9.

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ
Датчик промышленного стандарта
Кремниевый чип
(монокристалл)
Автомобильный датчик
Тензорезисторы
Стеклянное
основание
Защитный гель
Мембрана
Пластиковый
корпус

10.

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ
Автомобиль

11.

Датчики на основе микромеханических преобразователей
Датчики давления
Пьезоэлектрические

12.

Датчики на основе микромеханических преобразователей
Датчики силы
Тензорезистивные
АСМ – атомно силовой микроскоп

13.

Микроэлектроника
Микротехнологии
Параллельное (“групповое”)
изготовление большего
количества одинаковых
устройств
Усложнение геометрической
конфигурации не является
ограничением и не ведет к
удорожанию устройства
S=
Однотипное и одновременное создание
сложных комплексных структур
10
N
6
Снижение сроков разработки и
стоимости производства
Низкая стоимость
единичного изделия

14. A Microfabricated Inertial Sensor

MEMSIC
(Andover, Mass.)
Two-axis thermal-bubble
accelerometer
Technology: standard
CMOS electronics with
post processing to form
thermally isolated sensor
structures

15.

16.

17.

Технологии поверхностной микромеханики
Si-пластина
Защитный слойнитрид кремния
Жертвенный слой -ФСС
ФЛГ –окна для якорей
Нанесение Si-пк
ФЛГ по Si-пк
Осушка
Удаление жертвенного слоя

18.

Технологии поверхностной микромеханики

19.

Технологии объемной микромеханики

20.

21.

Технологии объемной микромеханики
2 MHz
RF Power
Reactive ICP
Plasma
Substrate
13.56 MHz
Substrate Bias

22.

Технологии объемной микромеханики

23. LIGA-технология