설계 및 효율적인 넓은 범위 가변 MEMS 필터 특성 방법론

Summary

레이저 도플러 신발 (LDV), 튜닝, 튜닝 기능, 및 장치 실패 및 stiction, 회피의 수정 하는 주파수 측정을 포함 하 여를 사용 하는 고정-고정 빔 디자인에 대 한 프로토콜 제공 됩니다. 네트워크 분석기를 통해 LDV 방법의 우수성 때문에 그것의 더 높은 모드 기능 시연입니다.

Abstract

여기, 우리 기술을 응용 프로그램 기반 microelectromechanical 시스템 (MEMS) 필터를 만들고 (효율적으로 사용 하는 방법 뿐만 아니라 기존의 기법 (네트워크 분석기), 레이저 도플러 신발 (LDV)의 장점 설명 즉, 조정 기능을 조정 하 고 실패와 stiction 피하). LDV 높은 모드 감지 (고감도 바이오 센서 응용 프로그램) 및 공명 측정 아주 작은 장치 (빠른 프로토타입) 같은 네트워크 분석기와 가능 하지 않은 중요 한 측정을 수 있습니다. 따라서, LDV 특성 주파수 튜닝 범위와 공 진 주파수가이 연구에 대 한 내장 된 MEMS 필터의 다른 모드에서 사용 되었다. 이 광범위 한 주파수 튜닝 메커니즘은 줄 포함된 히터 및 고정-고정 빔의 온도 대해 상대적으로 높은 열 스트레스에서 난방 단순히을 기반으로 합니다. 그러나,이 방법의 또 다른 한계는 결과 높은 열 스트레스, 장치를 구울 수 있는 설명 합니다. 추가 개선 달성 되었고이 연구에서 처음으로 표시 되도록 튜닝 기능이 적용 된 DC 바이어스 전압 (35 V 25 V) 두 개의 인접 한 광선 사이의 증가 통해 32%로 증가 했다. 이 중요 한 찾는 넓은 주파수 튜닝 범위에서가 열 하는 여분의 줄에 대 한 필요가 없습니다. 다른 가능한 실패는 stiction 그리고 구조 최적화의 요구 사항을 통해: 저주파 구형 파 신호 응용 프로그램을 성공적으로 광선을 구분할 수 더 필요의 간단 하 고 쉽게 기술 제안 문학에서 정교 하 고 복잡 한 방법입니다. 위의 결과 디자인 방법론을 할 거 고 그래서 우리는 또한 응용 프로그램 기반 디자인을 제공.

Introduction

그들의 높은 신뢰성, 저전력 소비, 소형 디자인, 높은 품질 계수, 및 낮은 비용으로 인해 MEMS 필터에 대 한 수요에 있다. 센서와 무선 통신의 핵심 부품으로 널리 사용 됩니다. 온도 센서¹, 바이오 센서^2,3,⁴가스 센서, 필터^5,,67및 발진기는 가장 인기 있는 응용 분야. 가장 인기 있는 정전기 MEMS 필터는 고정-고정 빔^5,8, 외팔보², 튜닝 포크⁶, 무료 무료 빔^6,7, 굴곡 디스크 디자인⁷, 그리고 사각형 모양 디자인⁹.

Protocol

1. 선택 하 고 최적 구조 설계

1. 광범위 한 주파수 튜닝에 대 한 고정-고정 빔 선택 (다른 후보에 비해 수 있습니다 광범위 한 튜닝 주파수 (TCF)와 상수 무시할 수 열 확장의 그것의 큰 온도 계수 때문에 열 하는 때).
2. 목적은 효율성 개선 조정 하는 경우 더 이상 광선 디자인. 목적은 주파수 호핑 또는 신호 응용 프로그램을 추적 하는 경우 더 짧은 빔 디자인.

2. 모델링 및 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS)에서 제조

1. 디자인 하 고 FEM 기반 프로그램에서 MEMS 필터에 대 한 3D 모델을 만듭니다.
2. 집적 회로 (IC) 디자인 도구, 레이어, 레이어 gds 파일을 만드는에서 같은 레이아웃을 재구성 합니다.
3. (우리는 CMOS 0.6 µ m 기술 사용) 제조에 대 한 CMOS 파운드리이 gds 파일을 제출 합니다.
4. 계속 후 CMOS 프로세스가 완료 되 면 처리 (칩 폴 리 실리콘, 알루미늄, 및 산화물 레이어 있어야 참고).
   1. 행위 CHF₃/O₂ 드라이 에칭 프로세스는 유도 결합된 플라즈마 (ICP)를 통해 에칭 시스템. 알루미늄 층 사이 SiO₂....

Results

Stiction 저주파 구형 파 신호를 적용 하 여 피 했다 고이 LDV (그림 1)를 사용 하 여 확인 했다. 때문에 높은 열 스트레스¹⁴ 내장된 히터에 상대적으로 높은 바이어스 DC 전압을 적용할 때 오류 (그림 2) 현미경 확인 했습니다. FEM 프로그램 빔 (그림 3)에 대 한 높은 모드를 파생 하기 위하여 사용 되었다. 튜닝 기능 (32% 증가)을 변경 하는 두 개의 인접 한 광선 사이의 DC 바이어스 전압 (35 V 25 V)를 변경 하 여 LDV (그림 4)의 도움으로이 작업을⁵ 에서 처음으로 시연 했다. LDV 통해 높은 모드 응답을 측정 하는 능력을 성공적으로.......

Discussion

MEMS 필터를 건물의 중요 한 단계 중 하나는 응용 프로그램 영역에 따라 장치를 디자인 하입니다. 이상 또는 대 한 얇은 빔 이어야 한다 더 나은 효율성 (ppm/mW), 하지만 짧은 또는 얇은 주파수 호핑 또는 신호 추적 응용 프로그램에 대 한 조정. 같은 방식으로, LDV 통해 명확한 신호 검출은 적어도 3-4 µ m 두께 빔 디자인 더 그래서 테스트 장치에서 중요 합니다. 그렇지 않으면 신호 시끄러운 것, 렌즈, 그리고 그것은 X 100도로 소음 제거 (LDV 소프트웨어에 포함 된)와 최적의 탐지를 달성 하기 위해 테스트 하는 여러 포인트를 걸립니다. 그것의 큰 TCF 때문 (캔틸레버, 음 차, 그리고 무료-무료 빔), 다른 후보에 비해 고정-고정 빔, 광범위 주파수 튜닝가 열 수 있습니다. 이 연구에서 우리는 난방 히터 내장된으로 폴 리 실리콘 레이어 방법 줄 사용.

Stiction 방지 하는 방법:

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
레이저 도플러 진동계	Polytec	Polytec MSA-500
주사 전자 현미경	Zeiss
열 카메라	X
전원 공급 장치	Egilent	(E3631A)
Microscope	X
Coventor	Coventor		시뮬레이션 툴
Cadence Virtuoso	Cadence		시뮬레이션 툴
Multisim	Multisim		시뮬레이션 툴