Ein Protokoll für eine feste-feste Strahl-Design mit einem Laser Doppler Vibrometer (LDV), einschließlich der Messung der Frequenz tuning, Modifikation des Tunings-Fähigkeit und Vermeidung von Geräteausfall und Stiction, wird vorgestellt. Die Überlegenheit der LDV-Methode über die Netzwerk-Analyzer ist aufgrund seiner höheren Modus Fähigkeit unter Beweis gestellt.
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Methodenartikel
Design und Charakterisierung Methodik für effiziente Weitbereichs-abstimmbaren MEMS-Filter
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Hier zeigen wir die Vorteile der Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) über konventionelle Techniken (Netzwerk-Analyzer) sowie die Techniken, um eine anwendungsorientierte mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Filter wie es effizient zu nutzen () erstellen und d. h., tuning tuning-Funktion und Fehler und Stiction zu vermeiden). LDV ermöglicht wichtige Messungen, die mit der Netzwerk-Analyzer, wie höhere Modus Erkennung (hochempfindliche Biosensor-Anwendung) und Resonanz-Messung für sehr kleine Geräte (schnelles Prototyping) nicht möglich sind. Dementsprechend wurde LDV verwendet, um die tuning Frequenzbereich und die Resonanzfrequenz in verschiedenen Modi der MEMS-Filter für diese Studie gebaut charakterisieren. Diese breite Palette Frequenz tuning Mechanismus basiert einfach auf Joule Beheizung von eingebetteten Heizungen und relativ hohe thermische Belastung in Bezug auf die Temperatur eines Balkens fest fixiert. Wir zeigen jedoch, dass eine weitere Einschränkung dieser Methode ist die daraus resultierende hohe thermische Belastung, die die Geräte verbrennen kann. Weitere Verbesserung wurde erreicht und erstmals in dieser Studie gezeigt, so dass die Tune-Funktion durch eine Erhöhung der angewandten DC Bias-Spannung (25 V bis 35 V) zwischen zwei benachbarten Strahlen 32 % erhöht wurde. Diese wichtige Erkenntnis entfallen zusätzliche Erhitzung bei der breiteren Frequenzbereich tuning Joule. Ein weiteres mögliches Scheitern ist durch Stiction und Anforderung der Strukturoptimierung: Wir bieten eine einfache und leichte Technik der niederfrequenten Rechtecksignal Signal Anwendung, kann erfolgreich die Balken trennen und eliminiert die Notwendigkeit für mehr, anspruchsvolle und komplizierte Methoden in der Literatur gegeben. Die vorstehenden Feststellungen erfordern eine Design-Methodik, und so bieten wir auch eine anwendungsorientierte Design.
Einleitung
Es gibt eine wachsende Nachfrage für MEMS-Filter durch ihre hohe Zuverlässigkeit, geringer Stromverbrauch, kompakte Bauweise, hohen Qualitätsfaktor und niedrigen Kosten. Sie sind weit verbreitet als Sensoren und als zentrale Bestandteile in der drahtlosen Kommunikation. Temperatur-Sensoren1, Bio-Sensoren2,3, Gas-Sensoren4, Filter5,6,7und Oszillatoren sind die beliebtesten Anwendungsbereiche. Die beliebtesten elektrostatische MEMS-Filter sind fest fixiert Strahl
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Protokoll
1. Auswahl und Gestaltung einer optimalen Struktur
- Wählen Sie den fest fixierten Träger für breites Spektrum tuning Frequenz (im Vergleich zu anderen Kandidaten, es ermöglicht breites Spektrum tuning, wenn es, aufgrund seiner großen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) und vernachlässigbar Wärmeausdehnung konstante erhitzt wird).
- Entwerfen Sie einen längeren Lichtkegel, wenn der Zweck Effizienzsteigerung tuning ist. Entwerfen Sie einen kürzere Balken, wenn der Zweck Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen ist.
2. Modellierung und Fertigung in komplementären Metal-Oxide Semiconductor (CMOS)
- E....
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Ergebnisse
Stiction wurde durch die Anwendung niederfrequenter Rechtecksignal vermieden und dies wurde verifiziert, indem LDV (Abbildung 1). Mögliches Scheitern aufgrund der hohen thermischen Belastung14 bei der Anwendung relativ höhere DC Vorspannung auf den eingebetteten Heizelementen ergab sich unter Mikroskop (Abbildung 2). Das FEM-Programm wurde verwendet, um die höheren Modi für den Strahl (
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Diskussion
Die entscheidenden Schritte beim Aufbau von MEMS-Filter soll die Geräte basierend auf den Einsatzbereich zu entwickeln. Der Strahl sollte länger oder dünner für bessere Stimmung Effizienz (ppm/mW), aber kürzer oder dünner für Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen. In der gleichen Weise ist klares Signalerkennung über LDV in Gerät testen, weshalb es besser ist, den Strahl mit mindestens 3-4 µm Dicke zu entwerfen. Sonst wird das Signal laut, sogar mit einer 100 X Objektiv, und es dauert mehrere Punkte, die Tests .......
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Offenlegungen
Wir haben nichts zu veröffentlichen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der US Army Research Laboratory, Adelphi, MD, USA, unter Grant W91ZLK-12-P-0447 unterstützt. Die Resonanz-Messungen wurden mit Hilfe von Michael Stone und Anthony Brock durchgeführt. Die Wärmebildkamera Messung erfolgte mit Hilfe von Damon Conover an der George Washington University.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Laser-Doppler-Vibrometer | Polytec Polytec | MSA-500 | |
| Rasterelektronenmikroskop | Zeiss | ||
| Wärmebildkamera | X | ||
| Netzteil | Egilent | (E3631A) | |
| Microscope | X | ||
| Coventor | Coventor | Simulationswerkzeug | |
| Kadenz Virtuoso | Kadenz | ||
| Simulationswerkzeug Multisim | Multisim | Simulationswerkzeug |
Referenzen
- Göktaş, H., Turner, K., Zaghloul, M. Enhancement in CMOS-MEMS Resonator for High Sensitive Temperature Sensing. IEEE Sensors J. 17 (3), 598-603 (2017).
- Davila, A. P., Jang, J., Gupta, A. K., Walter, T., Aronson, A., Bashir, R. Microresonator mass sensors for detection of Bacillus anthracis Sterne spores in air and water. Biosens. Bioelectron.
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Nachdrucke und Genehmigungen
