Name: Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-15T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Lernen Sie dynamische DC-Vorspannungsverfahren zur Verbesserung der Schaltzeit in stark unterdämpften Fransenfeld-MEMS-Aktoren. Diese Methode reduziert die Einschwingzeit durch selektives Substratätzen und optimierte Wellenformparameter.

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Die Autoren möchten sich Ryan Tung für seine Hilfe und nützliche technische Diskussionen. Die Autoren möchten auch die Hilfe und Unterstützung des technischen Personals Birck Nanotechnology Center bestätigen. Diese Arbeit wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency unter der Purdue Mikrowelle Reconfigurable Evanescent-Mode unterstützt Cavity Filter-Studie. Und auch von NNSA Center of Vorhersage von Zuverlässigkeit, Integrität und Überlebensfähigkeit von Microsystems und des Energieministeriums unter Preis Nummer DE-FC5208NA28617. Die Ansichten, Meinungen und / oder Ergebnisse in diesem Papier / Präsentation enthalten sind, sind die der Autoren / Referenten und sollte nicht als Vertreter der offiziellen Ansichten oder Strategien interpretiert werden, weder ausdrücklich noch stillschweigend, von der Defense Advanced Research Projects Agency oder der Abteilung der Verteidigung.

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Niedrige Restspannung Au Filmabscheidung und eine Trocken Release mit XeF 2 sind kritisch Komponenten in der erfolgreichen Herstellung der Vorrichtung. Elektrostatische streufeld Aktoren bieten relativ geringen Kräften im Vergleich zu Parallelplattenfeldaktoren. Typische MEMS Dünnschicht Spannungen von&gt; 60 MPa wird in einer übermäßig hohen Antriebsspannungen, die potenziell gefährden können, die Zuverlässigkeit von MEMS EFFA führen. Aus diesem Grund ist die Galvanik Rezept wird sorgfältig charakterisiert, ...

Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) nutzen mehrere Betätigungsmechanismen, um mechanische Verschiebung zu erreichen. Die beliebtesten sind thermische, piezoelektrische, magneto und elektrostatische. Für kurze Schaltzeit, ist die elektrostatische Betätigung die beliebteste Technik 1, 2. In der Praxis kritisch-gedämpfte mechanische Designs liefern den besten Kompromiss zwischen Anfangsanstiegszeit und Einschwingzeit. Nach Anwendung der DC-Bias und das Betätigen der Membran nach unten in Richtung der Pull-Down-Elektrode ist der Einschwingzeit kein großes Problem wie die Membran wird sich zu reißen und sich an die dielektrische beschichtete Elektrode Betätigung. 8 - mehrere Anwendungen aus der oben genannten elektrostatische Betätigung Design 3 profitiert. Jedoch ist das Vorhandensein der dielektrischen beschichteten Pulldown-Elektrode der Aktor anfällig dielektrische Aufladung und Haftreibung. MEMS-Membranen können eine u nutzennderdamped mechanische Konstruktion, um eine schnelle Anfangsanstiegszeit zu erzielen. Ein Beispiel für eine unterkritisch gedämpfte mechanische Aufbau ist die elektrostatische Randfeld betätigt (EFFA) MEMS. Diese Topologie ist weit weniger Anfälligkeit für typische Ausfallmechanismen, die elektrostatische basierte Designs 9-20 Pest ausgestellt. Das Fehlen der Gegenelektrode parallel und folglich die parallelen elektrischen Feld ist, warum diese MEMS angemessen &quot;streufeld&quot; betätigt (Abbildung 1) genannt. Zur EFFA Konstruktion wird der Pull-down-Elektrode in zwei getrennte Elektroden, die seitlich zu der Bewegungs Membran versetzt angeordnet sind, vollständig die Überlappung zwischen den beweglichen und feststehenden Teilen der Vorrichtung unterteilt. Jedoch ist die Entfernung des Substrats von unterhalb der beweglichen Membran reduziert die Squeeze-Film-Dämpfung Komponente, wodurch die Einstellzeit erhöht wird. 2B ist ein Beispiel für die Setzzeit in Reaktion auf STANDARd Schritt Vorspannung. Transiente oder DC-Vorspannung angelegt dynamische in Echtzeit verwendet werden, um die Einschwingzeit 20-26 verbessern. 2C und 2D veranschaulichen, wie ein qualitativ zeitlich variierenden Wellenform effektiv das Klingeln beenden. Früheren Forschungsbemühungen verwenden numerische Verfahren, um die genaue Spannung und Zeitpunkte der Eingangs-Bias zu berechnen, um die Schaltzeit zu verbessern. Das Verfahren in dieser Arbeit verwendet kompakte geschlossene Form Ausdrücke, um die Eingangs-Bias-Wellenform-Parameter berechnen. Darüber hinaus konzentrierte sich auf frühere Arbeiten parallel Platte Betätigung. Während die Strukturen sind für unterdämpft ist, ist Squeeze-Film-Dämpfung noch in dieser Konfiguration. Die in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren ist die Betätigung streufeld Betätigung. In dieser Konfiguration Squeeze-Film-Dämpfung wird effektiv eliminiert. Dies stellt einen Extremfall, wo die mechanische Dämpfung der MEMS Strahl ist sehr gering. Dieses Papier beschreibt, wie die EFFA MEMS dev herzustellenICES und die Messung durchführen, um experimentell zu validieren die Wellenform-Konzept.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Chemicals</td></tr><tr><td>Buffered oxide</td><td>etant Mallinckrodt Baker</td><td>1178</td><td>Silicon dioxide etch, Ti</td></tr><tr><td>etch Aceton</td><td>Mallinckrodt Baker</td><td>5356</td><td>Wafer clean</td></tr><tr><td>Isopropylalkohol</td><td>Honeywell</td><td>BDH-140</td><td>Wafer clean</td></tr><tr><td>Hexamethyldisilizan</td><td>Mallinckrodt Baker</td><td>5797</td><td>Adhäsion Promotor</td></tr><tr><td>Microposit SC 1827 Positiver Fotolack</td><td>Shipley Europe Ltd</td><td>44090</td><td>Muster, Galvanik</td></tr><tr><td>Microposit MF-26A Entwickler</td><td>Shipley Europe Ltd</td><td>31200</td><td>Entwickeln SC 1827</td></tr><tr><td>Tetramethylammoniumhydroxid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>334901</td><td>Bulk Si</td></tr><tr><td>Ätzen Schwefelsäure</td><td>Sciencelab.com</td><td>SLS2539</td><td>Wafer reinigen</td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid</td><td>Sciencelab.com</td><td>SLH1552</td><td>Wafer reinigen</td></tr><tr><td>Transensulfit Gold TSG-250</td><td>Transense</td><td>110-TSG-250</td><td>Au Galvaniklösung</td></tr><tr><td>Baker PRS-3000 Positivresist</td><td>Mallinckrodt Baker</td><td>6403</td><td>Photoresist</td></tr><tr><td>Goldätzmittel Typ TFA</td><td>Transense</td><td>060-0015000</td><td>Au Etch</td></tr><tr><td colspan="4"> Ausrüstung</td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td></td><td>Karl Süss MJB-3</td><td>Pattern Photoresist</td></tr><tr><td>Sputter Coater</td><td></td><td>Perkin Elmer 2400 Sputterer</td><td>Metall abscheiden</td></tr><tr><td>Thermischer Oxidationsofen</td><td></td><td>Pyrogener Oxidationsofen</td><td>Siliziumdioxid wachsen</td></tr><tr><td>Reaktives Ionenätzen</td><td></td><td>Plasmatech RIE</td><td>Plasmaasche</td></tr><tr><td>Xenondifluorid Trockenätzer</td><td></td><td>Xactix Xenon-Difluorid-Ätzer</td><td>Selektives trockenes isotropes Siliziumätzen</td></tr><tr><td>Oberflächenprofilometer</td><td></td><td>Alpha-Step IQ</td><td>Schritthöhenmessung</td></tr><tr><td>Sondenring</td><td></td><td>Signatone</td><td>Hält DC-Sondenmanipulatoren</td></tr><tr><td>DC-Manipulatoren</td> Signatone Mikropositionierer <td></td><td>der Serie S-900</td><td>Wendet die Potentialdifferenz auf das Gerät</td></tr><tr><td>an Laser-Doppler-Vibrometer</td><td></td> <td>anPolytec OFV-551/MSA-500 Mikro-Systemanalysator</td><td>Schaltzeitmessung</td></tr><tr><td>Digitaler Funktionsgenerator</td><td></td><td>Agilent E4408B Funktionsgenerator</td><td>Erzeugt die dynamische DC-Wellenform</td></tr><tr><td>Hochspannungs-Linearverstärker</td><td></td><td>Einkanaliger Hochspannungs-Linearverstärker A400</td><td>Ermöglicht Hochspannungs-Digitaloszilloskop</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Agilent DS05034A Digitales Oszilloskop</td><td>Überprüfen der dynamischen Wellenformparameter</td></tr></tbody></table>

echtzeit-dc-vorspannung dynamische verfahren zur verbesserung schaltzeit in stark unterdämpft fransen-bereich elektroantriebe mems

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanisch unterdämpften elektrostreufeld MEMS-Betätigungsglieder sind für ihre schnelle Schaltvorgang in Reaktion auf eine Einheitsschritteingabe Vorspannung bekannt. Der Kompromiß für das verbesserte Schaltleistung ist jedoch eine relativ lange Beruhigungszeit, um jeden Spalthöhe in Abhängigkeit von verschiedenen angelegten Spannungen zu erreichen. Transient angelegten Vorspannung Wellenformen werden eingesetzt, um reduzierten Schaltzeiten für elektrostreufeld MEMS Antriebe mit hohen mechanischen Qualitätsfaktoren zu erleichtern. Entfernen der zugrunde liegenden Substrat der streufeld Aktor erstellt der niedrigen mechanischen Dämpfungs Umgebung erforderlich, um effektiv testen das Konzept. Das Entfernen des darunterliegenden Substrats ist auch eine wesentliche Verbesserung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung im Hinblick auf Versagen aufgrund von Haftreibung. Obwohl DC-dynamische Vorspannung ist nützlich bei der Verbesserung der Einschwingzeit, die geforderten Anstiegsgeschwindigkeiten für typische MEMS aggressive Anforderungen an die Ladungs ​​p platzierenUMPS für voll integrierte On-Chip-Designs. Darüber hinaus kann es Herausforderungen die Integration der Substratentfernung Schritt in die Back-End-of-Line-CMOS-kommerziellen Verarbeitungsschritte sein. Experimentelle Validierung hergestellt Aktuatoren zeigt eine Verbesserung von 50x in Schaltzeit im Vergleich zu herkömmlichen Schrittvorspann Ergebnisse. Im Vergleich zu theoretischen Berechnungen, sind die experimentellen Ergebnisse in guter Übereinstimmung.

Der Aufbau in Figur 4 verwendet wird, um die Auslenkung gegenüber der Zeit Merkmale der MEMS Brücken aufzunehmen. Durch die Verwendung des Laser-Doppler-Vibrometer im kontinuierlichen Messmodus kann die genaue Spannung und Zeit-Parameter gefunden werden, die in minimalen Strahlschwingung für die gewünschte Spalthöhe führen. 5 veranschaulicht ein Beispiel Strahlablenkung entsprechend der 60 V Spalthöhe. Es ist ersichtlich, dass nahezu alle der Schwingung wird entfernt. Nicht nur ist die ...

Das robuste Design des Geräts streufeldelektrostatische MEMS Aktoren Ergebnisse in inhärent niedrigen Squeeze-Film-Dämpfung Bedingungen und lange Einschwingzeiten bei der Durchführung von Schaltvorgängen mit herkömmlichen Schritt Vorspannung. Echtzeit-Schaltzeitverbesserung mit DC-dynamischen Wellenformen reduziert die Einschwingzeit des streufeld MEMS-Aktoren, wenn zwischen up-to-down und down-to-up-Staaten.

Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die Einschwingzeit stark unterdämpfter mikroelektromechanischer Aktuatoren mit elektrostatischem Fringing-Feld zu verbessern. Dies wird durch die Mikrofertigung des elektrostatischen MAMs-Aktuators erreicht. In einem zweiten Schritt wird das Substrat unterhalb des Aktuators selektiv geätzt, wodurch die Squeeze-Film-Dämpfung erheblich verringert und die stark unterdämpften Bedingungen verstärkt werden. Anschließend werden dynamische Vorspannwellenformen in Echtzeit eingesetzt, um die optimalen Parameter der Wellenform für eine kurze Einschwingzeit zu bestimmen.Es werden Ergebnisse erzielt, die eine signifikante Verbesserung der Schaltzeit im Vergleich zur typischen Sprungantwort-Biasing zeigen. Obwohl die Methode zur Verbesserung der Schaltzeit elektrostatischer Fringing-Field-Aktuatoren verwendet wird, kann sie auch auf Bereiche wie die Mikrometrologie angewendet werden, um Dünnfilmparameter wie den Elastizitätsmodul, das Poisson-Verhältnis und die biaxiale Zugspannung zu ermitteln. Der erste Schritt bei der Herstellung der elektrostatischen Fringing-Field-MEMS-Balken ist die UV-Lithographie.Beginnen Sie mit einem ordn

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Ingenieurwesen

Dieses Manuskript zeigt den Herstellungsprozess für die Herstellung von dielektrischen Elastomer-Weichantrieben auf Basis von Silikonmembranen. Die drei wichtigsten Produktionsschritte werden im Detail vorgestellt: Klingenguss von dünnen Silikonmembranen; Tampondruck von nachgiebigen Elektroden; und die Montage aller Komponenten.

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

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.

Design und Charakterisierung Methodik für effiziente Weitbereichs-abstimmbaren MEMS-Filter

Hier wird ein Protokoll zur Analyse nanostruktureller Veränderungen während der In-situ-Biasing mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) für eine gestapelte Metall-Isolator-Metall-Struktur vorgestellt. Es hat signifikante Anwendungen in resistive Schaltquerträger für die nächste Generation von programmierbaren Logikschaltungen und neuromimicking Hardware, um ihre zugrunde liegenden Operation Mechanismen und praktische Anwendbarkeit zu offenbaren.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Basierend auf Mixed-Phased a-VOx

Dieser Artikel beschreibt einen schnellen und einfachen Herstellungsprozess von ionisch elektromechanisch aktiven Verbundwerkstoffen für Aktoren in biomedizinischen, biomimetischen und weichen Robotikanwendungen. Die wichtigsten Fertigungsschritte, ihre Bedeutung für die endgültigen Eigenschaften der Aktuatoren und einige der wichtigsten Charakterisierungstechniken werden ausführlich beschrieben.

Herstellung von kohlenstoffbasierten ionischen Elektromechanischen Soft Actuatoren

In dieser Arbeit werden ein adaptiver Filter, der auf einem normalisierten NLMS-Algorithmus (Least Mean Square) basiert, und eine Methode zur Schätzung der Drehzahl vorgestellt, um die elektrischen und hydraulischen Fehler des elektrohydrostatischen Aktuators (EHA) zu erkennen. Die Wirksamkeit und Machbarkeit der genannten Methoden wird durch Simulationen und Experimente überprüft.

Entwurf und Anwendung eines Fehlererkennungsverfahrens auf Basis adaptiver Filter und Drehzahlschätzung für einen elektro-hydrostatischen Aktuator

Hier beschreiben wir eine magnetische Hochgeschwindigkeitspinzette, die nanomechanische Messungen an kraftsensitiven Biomolekülen mit einer maximalen Rate von 1,2 kHz durchführt. Wir stellen seine Anwendung auf DNA-Haarnadeln und SNARE-Komplexe als Modellsysteme vor, aber es wird auch auf andere Moleküle anwendbar sein, die an mechanobiologischen Ereignissen beteiligt sind.

Hochgeschwindigkeits-Magnetpinzette für nanomechanische Messungen an kraftempfindlichen Elementen

Wir präsentieren eine kompakte Reflexion digitale holografische System (CDHM) zur Inspektion und Charakterisierung von MEMS-Bauelementen. Ein linsenloses Design einen divergierenden Eingangswelle bietet natürliche geometrische Vergrößerung verwendet wird demonstriert. Sowohl statische als auch dynamische Studien vorgestellt.

Compact-Objektiv lose digitale holografische Mikroskop für MEMS-Inspektion und Charakterisierung

Hier stellen wir polymere 3D-Mikro-/Nanostrukturen her, in denen sowohl die Form als auch die molekulare Ausrichtung mit Hilfe von direktem Laserschreiben mit Genauigkeit im Nanometerbereich hergestellt werden können. Die lichtinduzierte Verformung verschiedener Arten von flüssigkristallinen Elastomer-Mikrostrukturen kann auf der mikroskopischen Skala gesteuert werden.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Lange und hohle glasartige Kohlenstoffmikrofasern wurden auf der Basis der Pyrolyse eines Naturproduktes, menschliches Haar, hergestellt. Die beiden Herstellungsschritte von kohlenstoffmikroelektromechanischen und kohlenstoff-nanoelektromechanischen Systemen oder C-MEMS und C-NEMS sind: (i) Photolithographie eines kohlenstoffreichen Polymervorläufers und (ii) Pyrolyse des gemusterten Polymervorläufers.

Herstellung von 3D-Carbon-Mikroelektromechanischen Systemen (C-MEMS)

Wir fertigen Metall/LaAlO3/SrTiO3 Heterostrukturen mit einer Kombination aus pulsed Laser Deposition und in Situ Magnetron-Sputtern. Durch Magnetotransport und in Situ Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie-Experimenten untersuchen wir das Zusammenspiel von elektrostatischen und chemische Phänomene des quasi zweidimensionale Elektron Gases in diesem System gebildet.

Wachstum und elektrostatischen/chemischen Eigenschaften von Metall/LaAlO3/SrTiO3 Heterostrukturen

Lernen Sie dynamische DC-Vorspannungsverfahren zur Verbesserung der Schaltzeit in stark unterdämpften Fransenfeld-MEMS-Aktoren. Diese Methode reduziert die Einschwingzeit durch selektives Substratätzen und optimierte Wellenformparameter.

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Echtzeit-DC-Vorspannung dynamische Verfahren zur Verbesserung Schaltzeit in stark unterdämpft Fransen-Bereich Elektroantriebe MEMS

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