Progettazione e nella metodologia di caratterizzazione per efficiente ampio intervallo sintonizzabile MEMS filtri

I filtri sono molto popolari e ampiamente utilizzati nella sequenza di ricevitori e trasmettitori nella comunicazione wireless. Inoltre, i sensori di gas, i biosensori e i sensori di temperatura sono le applicazioni più popolari. Questi filtri ad alta esibizione dovrebbero essere fabbricati con processo CMOS MEMS per supportare sia una fabbricazione più affidabile che una progettazione del segnale a basso rumore, eliminando i fili extra tra due chip separati.

In questo caso, CMOS è l'acronimo di Complementary Metal Oxide Semiconductor e MEMS è l'acronimo di Microelectromechanical Systems and Sensors. Inoltre, il post-processo dovrebbe essere progettato in modo da evitare l'attrito durante il processo di fabbricazione. Un metodo ben noto per misurare la risonanza dei risonatori MEMS è l'utilizzo dell'analizzatore di rete, ma non è un metodo potente come la tecnica del vibrometro laser doppler per i seguenti motivi.

Una delle grandi sfide con il metodo dell'analizzatore di rete è eliminare la capacità parassita. Vedo che lo strumento di progettazione è stato utilizzato per far esplodere la frequenza e la risposta di fase del circuito equivalente per un raggio lungo 120 micron. Questi valori picco-picco di due watt sono diminuiti drasticamente da 6 dB a 0,34 dB anche quando la capacità parassita è aumentata da un femtofarad a 20 femtofarad.

Questo è il motivo per cui ciò richiede un chip fino al design del fuoco proprio accanto ai risonatori massimi. Il vibrometro laser doppler è un altro metodo che utilizza un laser per rilevare la vibrazione dei raggi quando risuonano. A differenza dell'analizzatore di rete, la tecnica del vibrometro laser doppler elimina il problema della capacità parassita.

Inoltre, è in grado di rilevare una risonanza modale più elevata che porta molti vantaggi in diverse aree di ricerca come le applicazioni biosensibili e può caratterizzare risonatori molto più piccoli rispetto all'analizzatore di rete. Ciò consente una prototipazione rapida e risonatori più sensibili e precisi, soprattutto nelle applicazioni biosensibili. L'obiettivo di questo studio è fornire una linea guida per dimostrare dopo la progettazione, misurare la sintonizzazione della frequenza, sintonizzare la capacità di sintonizzazione, evitare il doppio raggio fisso-fisso strategico utilizzando il vibrometro laser doppler.

Il processo inizia con la ricerca della struttura ottimale. Seleziona, fascio fisso-fisso sulla seconda sintonizzazione di frequenza ad ampio intervallo perché il raggio fisso-fisso rispetto ad altri candidati consente la sintonizzazione ad ampio raggio quando viene riscaldato grazie al suo elevato coefficiente di frequenza di temperatura e alla costante di dilatazione termica individuale. Progetta un raggio più lungo se lo scopo è una migliore efficienza di sintonizzazione.

Progettare un fascio più corto se lo scopo è il salto di frequenza o le applicazioni di tracciamento del segnale. Progetta e crea il modello 3D per l'alimentatore MEMS in un programma basato su elementi finiti. Ricostruisci lo stesso layout in uno strumento di progettazione di circuiti integrati strato per strato per creare il file GDS.

Invia questo file GDS alla fonderia CMOS per la fabbricazione. In questo caso, utilizziamo la tecnologia CMOS da 0,6 micron. Una volta completato il processo CMOS, i chip dovrebbero essere dotati di strati di polisilicio, alluminio e ossido.

Il passaggio successivo consiste nell'eseguire le fasi di post-elaborazione. Condurre il processo di incisione a secco CHF302 tramite un sistema ICPH, che è biossido di silicio tra strati di alluminio per formare le travi nel rapporto di aspetto di 5,7. Per questo processo, utilizzare i parametri seguenti.

CHF3 a 40sccm, ossigeno a 5sccm, pressione a 0,5 pascal, potenza ICP a 500 watt, potenza di campionamento a 100 watt con il tempo totale di incisione di 56 minuti. Applicare il processo di incisione al fluoruro di xeno nel substrato di silicio per creare una cavità di profondità di nove micrometri sotto le travi. Per questo processo, utilizzare il sistema di incisione al fluoruro di xeno per tre cicli a tre torr per 60 secondi per ciclo.

Caratterizzare i dispositivi sotto ECM per assicurarsi che siano fabbricati correttamente. Per questo passaggio, modificare la tensione di accelerazione del raggio a 2,58 kilovolt e la distanza di lavoro a 9,5 millimetri. Il test del dispositivo consiste in molte fasi, tra cui il test di riscaldamento joule e il test di risposta in frequenza.

Posiziona la termocamera sulla parte superiore del chip e testa i riscaldatori ambientali per assicurarti che riscaldino i raggi. Collegare l'alimentatore al pacchetto del chip per applicare una tensione CC sui riscaldatori integrati tra 0 volt e 5,7 volt con piccoli incrementi per aumentare la temperatura in tutti i raggi. Registra il profilo di temperatura in tutto il pacchetto di chip con la tua termocamera durante il processo di riscaldamento e salva i risultati nel programma di completamento numerico e traccia il profilo di riscaldamento.

Posiziona il laser sopra i raggi lunghi 120 micrometri. Collegare l'alimentatore tra i due fasci lunghi 120 micron per applicare circa sette sette volt CC e tre tensioni CA per l'operazione di risonanza. Collegare una tensione di polarizzazione CC aggiuntiva ai riscaldatori integrati con un massimo di 5,7 volt per applicare il riscaldamento joule ai raggi durante l'operazione di risonanza.

Spostare il laser in un punto diverso del raggio per ottenere una deflessione laser inferiore e lunga. Assicurati di aumentare l'intensità della barra blu per ridurre il rumore. Dividi lo schermo in più viste per calibrare e avviare la configurazione della misurazione.

Vai alle impostazioni di acquisizione. Impostare la modalità di misurazione su FFT. Non utilizzare alcun filtro.

E imposta la larghezza di banda a due megahertz. Modificare la velocità in grado di supportare la frequenza massima di 2,5 megahertz. Utilizzare la forma d'onda periodica del chip.

Qui l'ampiezza sta per tensione CA e l'offset sta per tensione CC. Iniziate la misurazione continua con questa nuova configurazione. Aggiornare le impostazioni di acquisizione modificando la tensione CC a un volt.

Quando Ref1 mostra l'allarme rosso significa che il segnale è rumoroso. Diminuire la tensione di polarizzazione applicata nella finestra delle impostazioni di acquisizione per risolvere il problema. Spostare il laser in un punto diverso del raggio per ottenere un ulteriore aumento del rapporto segnale/rumore.

A volte è possibile trovare punti difettosi sul raggio che causano un allarme rosso sulla barra di vibrazione. Continua a cercare il punto migliore sulla trave. Seleziona il filtro MEMS lungo 68 micron per il test.

Applicare una tensione di 25 volt CC e una tensione di cinque volt CA tra le due travi adiacenti lunghe 68 micron. Qui la tensione CC fornisce le bande e la tensione CA consente l'operazione di risonanza. Applicare una tensione CC aggiuntiva ai riscaldatori integrati situati nel raggio lungo 68 micron e aumentare la tensione da zero volt a 5,7 volt con piccoli incrementi.

Ciò fornirà la sintonizzazione della frequenza in base al riscaldamento joule. Osservare e registrare la frequenza di risonanza e la risposta di fase rispetto alla tensione di polarizzazione applicata ad ogni passo e riassumere i risultati in una tabella. Qui la sintonizzazione della frequenza totale per questo campione è di circa 874 kilohertz quando viene applicata una tensione CC di 5,7 volt al riscaldatore incorporato.

Premere il pulsante A/D per accedere alla finestra delle impostazioni di acquisizione illustrata nella sezione di calibrazione dell'LDV e di configurazione del test e modificare la velocità in grado di supportare frequenze molto elevate. Misurare la prima e la seconda modalità con la loro fase. Applicare un segnale a onda quadra di un hertz per risolvere il problema dell'attrito risultante da una carica di velocità da due fasci adiacenti.

Vai alla scheda del generatore e seleziona una forma d'onda quadra nel menu a discesa della forma d'onda. Vai alla casella di offset e imposta la tensione CC su un volt. Vai alla casella della frequenza e imposta la frequenza su un hertz.

Attivate e applicate queste nuove impostazioni sulle travi. Osservare la separazione dei raggi. Utilizzare un campione extra per il test di stress termico.

Aumentare la tensione di polarizzazione applicata sul riscaldatore incorporato con piccoli incrementi per trovare la tensione massima consentita prima che il dispositivo si guasti a causa di un elevato stress termico. Applicare una tensione CC di 25 volt e una tensione CA di cinque volt insieme tra due raggi adiacenti da 68 micron, aumentando la tensione di polarizzazione applicata sul riscaldatore incorporato da 0 V a 5,7 V per ottenere uno spostamento di frequenza totale di 661 kilohertz. Aumentare la tensione di polarizzazione applicata da 25 volt a 35 volt per aggiungere un ulteriore effetto di ammorbidimento tra i due raggi adiacenti lunghi 68 micron, applicando una tensione CA di un volt e mantenendo la stessa impostazione della tensione di polarizzazione sui riscaldatori incorporati.

Registra il miglioramento del 32% nello spostamento di frequenza totale in quanto dovrebbe aumentare da 661 kilohertz a 875 kilohertz derivante da questo ulteriore effetto di rammollimento. La sintonizzazione della frequenza ad ampio intervallo con l'applicazione della tensione di polarizzazione applicata ai riscaldatori integrati viene ottenuta e verificata con il vibrometro laser doppler. La misurazione della risonanza volt più elevata è molto importante per i risonatori in quanto offre risultati promettenti per i biosensori altamente sensibili e accurati.

Il vibrometro laser doppler consente la misurazione di volt elevati che non è quasi possibile leggere con l'analizzatore di rete. La 5a modalità è stata misurata con un vibrometro laser doppler misurando più punti su ciascun raggio. La forma della modalità misurata per influenzare le corrispondenze con i risultati del programma basati sull'analisi degli elementi finiti mostrati nell'angolo destro.

Questo video insegna come progettare, fabbricare e caratterizzare filtri MEMS CMOS sintonizzabili a onde lunghe e ad ampio raggio. I filtri MEMS sintonizzabili ad ampio raggio sono molto esigenti, soprattutto nelle applicazioni di tracciamento del segnale e di salto di frequenza. Questo è il motivo per cui, dopo aver aumentato la gamma di accordatura evitando il fallimento, è dimostrato con successo, facile da applicare e ripetibile.

I metodi per evitare problemi comuni come la combustione e l'attrito sono stati dimostrati con successo per motivi di affidabilità e fabbricazione a basso costo. Ai fini della caratterizzazione, è stata dimostrata con successo la superiorità del vibrometro laser doppler o dell'analizzatore di rete. non solo per abilitare lo striping della quinta modalità, ma anche per abilitare la tecnologia all'avanguardia per i biosensori portatili e per la diagnosi precoce come l'HIV.