עיצוב, אפיון מתודולוגיה למסננים Tunable MEMS יעיל לטווח רחב

מסננים פופולריים מאוד ונמצאים בשימוש נרחב ברצף מקלט ומשדר בתקשורת אלחוטית. בנוסף, חיישני גז, חיישנים ביולוגיים וחיישני טמפרטורה הם היישום הפופולרי ביותר. יש לייצר מסננים תובעניים אלה בתהליך CMOS MEMS כדי לתמוך הן בייצור אמין יותר והן בתכנון אותות רעש נמוך על ידי ביטול החוטים הנוספים בין שני שבבים נפרדים.

כאן, CMOS מייצג מוליכים למחצה תחמוצת מתכת משלימה ו- MEMS מייצג מערכות וחיישנים מיקרו-אלקטרומכניים. יתר על כן, יש לתכנן את תהליך הפוסט באופן שימנע סטיקציה במהלך תהליך הייצור. שיטה ידועה למדידת התהודה של מהודי MEMS היא שימוש במנתח רשת, אך היא אינה שיטה חזקה כמו טכניקת ויברומטר דופלר לייזר מהסיבות הבאות.

אחד האתגרים הגדולים בשיטת מנתח הרשת הוא לבטל את הקיבול הטפיל. אני רואה שנעשה שימוש בכלי העיצוב כדי לפוצץ את התדר ותגובת הפאזה של המעגל המקביל לקרן באורך 120 מיקרון. שני הוואט הללו ירדו באופן דרסטי מ-6 dB ל-0.34 dB גם כאשר הקיבול הטפילי גדל מפמטופאראד אחד ל-20 פמטופאראד

לכן זה דורש שבב אחד עד לעיצוב אש ממש ליד מהודים מקסימליים. ויברומטר דופלר לייזר הוא שיטה נוספת המשתמשת בלייזר כדי לחוש את הרטט של הקרניים כאשר הן מהדהדות. בניגוד למנתח רשת, טכניקת ויברומטר דופלר לייזר מבטלת את בעיית הקיבול הטפילית.

בנוסף, הוא יכול לזהות תהודה במצב גבוה יותר שמביאה יתרונות רבים בתחומי מחקר שונים כגון יישומים רגישים ביולוגית ויכולה לאפיין מהודים קטנים בהרבה בניגוד למנתח רשת. זה מאפשר יצירת אב טיפוס מהיר ותהודה רגישים ומדויקים יותר, במיוחד ביישומים רגישים ביולוגית. מטרת מחקר זה היא לספק קו מנחה להדגמה לאחר התכנון, למדוד את כוונון התדרים, לכוונן את יכולת הכוונון, להימנע מהקרן הקבועה-קבועה הכפולה באמצעות ויברומטר דופלר לייזר.

התהליך מתחיל במציאת המבנה האופטימלי. בחר אלומה קבועה-קבועה בכוונון התדרים הרחב השני מכיוון שקרן קבועה בהשוואה למועמדים אחרים מאפשרת כוונון טווח רחב כאשר היא מחוממת בשל מקדם הטמפרטורה הגדול שלה וקבוע ההתפשטות התרמית האינדיבידואלית. תכנן אלומה ארוכה יותר אם המטרה היא יעילות כוונון טובה יותר.

תכנן אלומה קצרה יותר אם המטרה היא יישומי דילוג תדרים או מעקב אחר אותות. תכנן וצור את המודל התלת מימדי עבור מזין MEMS בתוכנית מבוססת יסודות סופיים. שחזר את אותה פריסה בכלי תכנון מעגלים משולב שכבה אחר שכבה כדי ליצור את קובץ ה-GDS.

שלח קובץ GDS זה ל-CMOS foundry לייצור. כאן, אנו משתמשים בטכנולוגיית CMOS 0.6 מיקרון. לאחר השלמת תהליך ה-CMOS, השבבים צריכים להגיע עם שכבות פוליסיליקון, אלומיניום ותחמוצת.

השלב הבא הוא ביצוע השלבים שלאחר התהליך. בצע את תהליך החריטה היבשה CHF302 באמצעות מערכת ICPH, שהיא צורן דו חמצני בין שכבות אלומיניום ליצירת הקורות ביחס גובה-רוחב של 5.7. עבור תהליך זה, השתמש בפרמטרים הבאים.

CHF3 ב-40sccm, חמצן ב-5sccm, לחץ ב-0.5 פסקל, הספק ICP ב-500 וואט, הספק דגימה ב-100 וואט עם זמן תחריט כולל של 56 דקות. החל תהליך תחריט קסנון פלואוריד במצע הסיליקון כדי ליצור חלל בעומק תשעה מיקרומטר מתחת לקורות. לתהליך זה, השתמש במערכת תחריט קסנון פלואוריד למשך שלושה מחזורים בשלושה טור למשך 60 שניות למחזור.

אפיינו את המכשירים תחת ECM כדי לוודא שהם מיוצרים כהלכה. לשלב זה, שנה את מתח האצת האלומה ל -2.58 קילו-וולט ואת מרחק העבודה ל -9.5 מילימטרים. בדיקת המכשיר מורכבת משלבים רבים כולל בדיקת חימום ג'ול ובדיקת תגובת תדרים.

אתר את המצלמה התרמית על גבי השבב ובדוק תנורי חימום כדי לוודא שהם מחממים את הקורות. חבר את ספק הכוח לחבילת השבבים כדי להפעיל מתח DC על תנורי חימום משובצים בין 0 וולט ל-5.7 וולט במרווחים קטנים כדי להעלות את הטמפרטורה בכל הקורות. הקלט את פרופיל הטמפרטורה בכל חבילת השבבים עם המצלמה התרמית שלך במהלך תהליך החימום ושמור את התוצאות בתוכנית השלמה מספרית ושרטט את פרופיל החימום.

אתר את הלייזר על גבי הקרניים באורך 120 מיקרומטר. חבר את ספק הכוח בין שתי הקורות באורך 120 מיקרון כדי להפעיל כשבע שבעה וולט DC ושלושה מתח AC לפעולת התהודה. חבר מתח מתח DC נוסף לתנורי החימום המשובצים עם מקסימום של 5.7 וולט כדי להפעיל חימום ג'אול על הקורות במהלך פעולת התהודה.

העבר את הלייזר לנקודה אחרת על הקרן כדי לקבל סטיית לייזר ארוכה פחות. הקפד להגביר את עוצמת הפס הכחול כדי להפחית את הרעש. חלק את המסך למספר תצוגות כדי לכייל ולהתחיל את הגדרת המדידה.

עבור אל הגדרות השגת משתמשים. הגדר את מצב המדידה ל-FFT. אל תשתמש בשום מסנן.

והגדר את רוחב הפס לשני מגה-הרץ. שנה את המהירות שיכולה לתמוך בתדר המקסימלי של 2.5 מגה-הרץ. השתמש בצורת גל שבב תקופתית.

כאן משרעת מייצגת מתח AC והיסט מייצג מתח DC. התחל מדידה רציפה עם הגדרה חדשה זו. עדכן את הגדרות הרכישה על ידי שינוי מתח ה-DC לוולט אחד.

כאשר Ref1 מראה אזעקה אדומה זה אומר שהאות רועש. הפחת את מתח ההטיה המופעל בחלון הגדרות הרכישה כדי לפתור את הבעיה. העבר את הלייזר לנקודה אחרת על הקורה כדי לקבל עלייה נוספת ביחס האות לרעש.

לפעמים אתה עלול למצוא כתמים רעים על הקורה שגורמים לאזעקה אדומה בסרגל הרטט. פשוט המשיכו לחפש את הנקודה הטובה ביותר על הקורה. בחר את מסנן ה-MEMS באורך 68 מיקרון לבדיקה.

הפעל מתח 25 וולט DC וחמישה וולט מתח AC יחד בין שתי הקורות הסמוכות באורך 68 מיקרון. כאן מתח DC מספק פסים ומתח AC מאפשר את פעולת התהודה. הפעילו מתח DC נוסף על תנורי החימום המשובצים הממוקמים בקורה באורך 68 מיקרון והגדילו את המתח מאפס וולט ל-5.7 וולט במרווחי צעדים קטנים.

זה יספק כוונון תדרים המבוסס על חימום ג'ול. התבונן ורשום את תדר התהודה ותגובת הפאזה ביחס למתח ההטיה המופעל בכל שלב וסכם את התוצאות בטבלה. כאן כוונון התדרים הכולל עבור מדגם זה הוא בסביבות 874 קילו-הרץ כאשר מתח DC של 5.7 וולט מופעל על המחמם המשובץ.

לחץ על כפתור A/D כדי לעבור לחלון הגדרות הרכישה המודגם בסעיף כיול LDV והגדרת בדיקה ולשנות את המהירות שיכולה לתמוך בתדרים גבוהים מאוד. מדוד את המצב הראשון והשני עם השלב שלהם. החל אות גל מרובע של הרץ אחד כדי לפתור את בעיית הסטיקציה הנובעת מטעינת מהירות משתי אלומות סמוכות.

עבור ללשונית הגנרטור ובחר צורת גל מרובעת תחת התפריט הנפתח של צורת הגל. עבור לתיבת הקיזוז והגדר את מתח ה-DC לוולט אחד. עבור לתיבת התדרים והגדר את התדר להרץ אחד.

הפעל והחל את ההגדרות החדשות הללו על הקורות. שימו לב להפרדת הקורות. השתמש בדגימה נוספת לבדיקת המאמץ התרמי.

הגדל את מתח ההטיה המופעל על המחמם המשובץ במרווח קטן כדי למצוא את המתח המרבי המותר לפני כשל במכשיר עקב מתח תרמי גבוה. החילו מתח DC של 25 וולט ומתח AC של חמישה וולט יחד בין שתי אלומות סמוכות של 68 מיקרון תוך הגדלת מתח ההטיה המופעל על המחמם המשובץ מ-0 וולט ל-5.7 וולט כדי לקבל הסטת תדר כוללת של 661 קילו-הרץ. הגדל את מתח ההטיה המופעל מ- 25 וולט ל- 35 וולט כדי להוסיף אפקט ריכוך נוסף בין שתי הקורות הסמוכות באורך 68 מיקרון תוך הפעלת מתח AC של וולט אחד ושמירה על אותו מערך מתח ממתח על תנורי החימום המשובצים .

רשום את השיפור של 32% בשינוי התדר הכולל מכיוון שהוא אמור לעלות מ-661 קילו-הרץ ל-875 קילו-הרץ הנובע מאפקט ריכוך נוסף זה. כוונון תדרים בטווח רחב עם יישום מתח הטיה מופעל על תנורי החימום המשובצים מושג ומאומת באמצעות ויברומטר דופלר לייזר. מדידת תהודה של מתח גבוה יותר היא חיונית מאוד עבור התהודים מכיוון שהיא מציעה תוצאות מבטיחות עבור החיישנים הביולוגיים הרגישים והמדויקים ביותר.

מד רטט דופלר לייזר מאפשר מדידת מתח גבוה שכמעט ולא ניתן לקרוא עם מנתח רשת. המצב החמישי נמדד באמצעות ויברומטר דופלר לייזר על ידי מדידת מספר נקודות על כל קרן. צורת המצב הנמדד להשפעה על התאמות עם תוצאות התוכנית המבוססות על ניתוח האלמנט הסופי המוצגות בפינה הימנית.

סרטון זה מלמד כיצד לתכנן, לייצר ולאפיין מסנני CMOS MEMS מתכווננים בגלים ארוכים, בטווח רחב. מסנני MEMS מתכווננים בטווח רחב הם תובעניים מאוד במיוחד ביישומי מעקב אחר אותות וקפיצות תדרים. זו הסיבה שלאחר הגדלת טווח הכוונון תוך הימנעות מהכישלון הוא מודגם בהצלחה, קל ליישום וניתן לחזור עליו.

שיטות להימנעות מבעיות נפוצות כמו שריפה וסטיקציה מודגמות בהצלחה למען אמינות וייצור בעלות נמוכה. לצורך האפיון העליונות של ויברומטר דופלר לייזר או מנתח רשת מודגמת בהצלחה. לא רק לאפשר את פס המצב החמישי אלא גם לאפשר את הטכנולוגיה המתקדמת ביותר לחיישן ביולוגי נייד ולאבחון מוקדם כגון HIV.