レーザドップラ (LDV) は、チューニング、チューニング機能、および装置の故障や、ヘッドス ライダーの回避の修正周波数測定などを用いた固定固定ビーム設計プロトコルが表示されます。その高いモード機能によりネットワーク アナライザーに LDV 法の優位性を発揮します。
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この記事について
サマリー
要約
ここでは、従来手法 (ネットワーク アナライザー) として、アプリケーション ・ ベースの微小電気機械システム (MEMS) フィルターと効率的 (それを使用する方法を作成するテクニックをレーザドップラ (LDV) の利点を示すすなわち、チューニング チューニング機能と障害とヘッドス ライダーの両方を回避する)。レーザドップラ振動計は、高いモードの検出 (高感度バイオ センサー アプリケーション) と非常に小さいデバイス (高速プロトタイピング) の共鳴測定など、ネットワーク アナライザーで実行可能な重要で測定できます。したがって、LDV は周波数チューニング レンジと本研究用に構築された MEMS フィルターの異なるモードで共振周波数を特徴付けるために使用されました。この広い範囲の周波数チューニング メカニズムは、単にジュール加熱埋め込みヒーター固定固定はりの温度に対して比較的高い熱応力からに基づいています。ただし、このメソッドの別の制限がデバイスを書き込むことができますその結果高熱応力であることを示します。さらなる改善は実現され、本研究で初めて表示されるチューニング機能を増加させる 2 つの隣接する梁の間に応用 DC バイアス電圧 (35 V を 25 V) 32% 増加したなど。この重要な発見は、余分なジュールより広い周波数チューニング レンジで加熱の必要性を排除します。別の可能な障害は、粘着や構造最適化の要件: 低周波の方形波信号アプリケーション正常にビームを区切ることができますより多くの必要性を排除の簡便な手法を提案します。文献は、洗練された、複雑なメソッド。上記調査結果を必要とする設計手法と、アプリケーション ベースの設計をいたします。
概要
その高い信頼性、低消費電力、コンパクト設計、高品質係数、低コストによる MEMS フィルターの需要が高まっています。センサーと無線通信のコア部品として広く使用されます。発振器、フィルター5,6、7、ガス センサー4バイオ センサー2,3温度センサー1は、最も人気のあるアプリケーション領域です。静電 MEMS フィルターの最も人気のある、固定固定ビーム5,8、片持ち2、チューニング フォーク6、両端自由はりの6、7、曲げディスク デザイン7と正方形デザインの9。
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プロトコル
1. 選択と最適構造の設計
- 広い範囲の周波数の固定固定ビームを選択 (他の候補者と比較して、それにより様々 なチューニングの周波数 (TCF) とごくわずかの熱膨張係数の大きな温度係数のため加熱時)。
- 目的は効率化のチューニングの場合は、長い梁を設計します。目的が周波数ホッピングまたは信号追跡アプリケーションの場合は、短いビームをデザインします。
2. モデリングと相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) の製作
- 設計し、有限要素法プログラムで MEMS フィルターの 3 D モデルを作成します。
- 集積回路 (IC) のデザイン ツールは、gds ファイルを作成する層で同じレイアウトを再構築します。
- この gds ファイルを作製 (我々 は 0.6 μ m cmos を使用) の CMOS 鋳造を提出します。
- CMOS プロセスが完了したら、後処理で続行 (チップは、多結晶シリコン、アルミニウムおよび酸化物の層があるに注意してください)。
- 行為 CHF3/O2ドライ エッチング プロセスを介して誘導結合プラズマ (ICP) etch システム。アルミ層間 SiO2をエッチングし、5.7 のアスペクト比のビームを形成します。このプロセスは、次のパラメーターを使用して: C....
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結果
粘着低周波の方形波信号を適用することで回避されましたし、これは LDV (図 1) を使用して検証しました。高熱応力14埋め込みヒーターに比較的高い DC バイアスを適用するときのための可能な障害は、顕微鏡 (図 2) で確認しました。有限要素法プログラムは、ビーム (図 3) 高次モードを派生に使用されました。レーザドップラ振動計 (図 4) の助けを借りて、この仕事の5で初めて 2 つの隣接する梁の間 DC バイアス電圧 (35 V を 25 V) を変更することでチューニング機能 (32% 増) の変更を示した。レーザドップラ振動計による高次モード応答を測定する機能が正常に示したし、有限要素法によるシミュレーションと比較しました。5
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ディスカッション
MEMS フィルターを構築する上で重要な手順の 1 つアプリケーション領域に基づいてデバイスを設計することです。ビームは、長いまたはシンナーより効率 (ppm/mW)、短いまたは周波数ホッピングまたは信号追跡アプリケーションのシンナーをチューニングします。同じ方法で LDV による明確なシグナル検出は、デバイスのテストは、少なくとも 3-4 μ m の厚みで梁を設計する方が良いが重要です。それ以外の場合信号はノイズの多い、レンズ、X 100 (LDV ソフトウェアに組み込まれた) ノイズ除去に最適な検出を達成するためにテストの複数のポイントを取ります。その大きな TCF のため (カンチレバー、チューニング フォーク、両端自由はり)、他の候補者と比較して、固定固定ビームにより、幅広い周波数チューニング熱せられると。本研究ではジュール加熱埋め込みヒーターとしてポリシリコン層法を使用しました。
粘着を回避する方法。
粘着は静電帯電効果による共鳴操作中に起こることができます。高剛性定数梁の設計、アン.......
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開示事項
何を開示する必要があります。
謝辞
この作品は、米国陸軍研究所、アデルフィ、MD、米国、グラント W91ZLK-12-P-0447 下によって支えられました。ミハエル石とアンソニー ・ ブロックの助けを借りて共鳴測定を行った。ジョージ ・ ワシントン大学からデイモン コノバーの助けを借りて、サーマル カメラ計測を行った。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| レーザードップラー振動計 | ポリテック | ポリテック MSA-500 | |
| 走査型電子顕微鏡 | ツァイス | ||
| サーマルカメラ | × | ||
| 電源 | Egilent | (E3631A) | |
| 顕微鏡 | × | ||
| コベント | コベントシミュレーション | ツール | |
| ケイデンス・ヴィルトゥオーゾ | ケイデンス | ・シミュレーション・ツール | |
| Multisim | マルチシミュレーション | ・ツール |
参考文献
- 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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再版と許可
