Design en karakterisatie methodologie voor efficiënte Wide Range afstembare MEMS Filters

Filters zijn erg populair en worden veel gebruikt in zowel ontvanger- als zendersequenties in draadloze communicatie. Daarnaast zijn gassensoren, biosensoren en temperatuursensoren de meest populaire toepassingen. Deze veeleisende filters moeten worden vervaardigd in een CMOS MEMS-proces om zowel een betrouwbaardere fabricage als een signaalontwerp met laag geluidsniveau te ondersteunen door het elimineren van de extra draden tussen twee afzonderlijke chips.

Hierbij staat CMOS voor complementaire metaaloxide-halfgeleider en MEMS staat voor micro-elektromechanische systemen en sensoren. Bovendien moet het postproces zo worden ontworpen dat stiction tijdens het fabricageproces wordt vermeden. Een bekende methode om de resonantie van de MEMS-resonatoren te meten, is het gebruik van een netwerkanalysator, maar dit is niet zo'n krachtige methode als de laser-doppler-vibrometertechniek vanwege de volgende redenen.

Een van de grote uitdagingen bij de netwerkanalysatormethode is het elimineren van de parasitaire capaciteit. Ik zie dat een ontwerptool werd gebruikt om de frequentie- en faserespons van het equivalente circuit voor een 120 micron lange balk te vergroten. Deze twee watt piek-piek waarde daalde drastisch van 6 dB tot 0,34 dB, zelfs toen de parasitaire capaciteit toenam van één femtofarad naar 20 femtofarad.

Daarom vereist dit een chip tot vuurontwerp direct naast de maximale resonatoren. Laser-doppler-vibrometer is een andere methode die een laser gebruikt om de trillingen van de balken te detecteren wanneer ze resonantie vertonen. In tegenstelling tot de netwerkanalysator elimineert de laser-doppler-vibrometertechniek het probleem van parasitaire capaciteit.

Bovendien kan het hogere modusresonantie detecteren, wat veel voordelen biedt in verschillende onderzoeksgebieden, zoals biogevoelige toepassingen, en kan het veel kleinere resonatoren karakteriseren in vergelijking met de netwerkanalysator. Dit maakt snelle prototyping en gevoeligere en nauwkeurige resonatoren mogelijk, vooral in biogevoelige toepassingen. Het doel van deze studie is om een richtlijn te bieden om na het ontwerpen, de frequentie-afstemming te meten, de afstemmingscapaciteit af te stemmen, de dubbele stictional fixed-fixed balk te vermijden door gebruik te maken van een laser-doppler-vibrometer.

Het proces begint met het vinden van de optimale structuur. Selecteer de fixed-fixed balk op de tweede brede frequentie-afstemming omdat de fixed-fixed balk in vergelijking met andere kandidaten een brede bereik van afstemming mogelijk maakt wanneer deze wordt verhit vanwege de grote temperatuurcoëfficiënt van frequentie en individuele thermische uitzettingsconstante. Ontwerp een langere balk als het doel een betere afstemmingseffizienz is. Ontwerp een kortere balk als het doel frequentie hopping of signaalvervolgingstoepassingen zijn. Ontwerp en maak het 3D-model voor de MEMS-voeding in een programma op basis van eindige elementen. Reconstrueer hetzelfde lay-out in een geïntegreerde circuitontwerptool, laag voor laag, om het GDS-bestand te maken.

Dien dit GDS-bestand in bij de CMOS-foundry voor fabricage. Hier gebruiken we CMOS 0,6 micron technologie. Zodra het CMOS-proces is voltooid, moeten de chips worden geleverd met polysilicium-, aluminium- en oxidelagen.

De volgende stap is het uitvoeren van de post-processtappen. Voer het CHF302-droog etch-proces uit via een ICPH-systeem, dat siliciumdioxide is tussen aluminiumlagen om de balken te vormen met een aspectverhouding van 5,7. Gebruik voor dit proces de volgende parameters.

CHF3 bij 40 sccm, zuurstof bij 5 sccm, druk bij 0,5 pascal, ICP-vermogen bij 500 watt, monstervermogen bij 100 watt met een totale etch-tijd van 56 minuten. Pas xenonfluoride etch-proces toe in het siliciumsubstraat om een holte van negen micrometer diepte onder de balken te creëren. Gebruik voor dit proces een xenonfluoride etch-systeem gedurende drie cycli bij drie torr gedurende 60 seconden per cyclus.

Karakteriseer de apparaten onder ECM om er zeker van te zijn dat ze goed zijn vervaardigd. Voor deze stap verandert u de versnellingsspanning van de balk naar 2,58 kilovolt en de werkafstand naar 9,5 millimeter. Apparaattest bestaat uit vele stappen, waaronder jouleverwarmingstest en frequentieresponstest.

Plaats de thermische camera bovenop de chip en test de omgevingsverwarmingen om er zeker van te zijn dat ze de balken verwarmen. Sluit de voeding aan op de chipverpakking om een DC-spanning toe te passen op ingebedde verwarmingen tussen 0 volt en 5,7 volt met kleine incrementen om de temperatuur door de balken te verhogen. Neem de temperatuurprofiel door de chipverpakking op met uw thermische camera tijdens het verwarmingsproces en sla de resultaten op in een numeriek voltooiingsprogramma en plot het verwarmingsprofiel.

Plaats de laser bovenop de 120 micrometer lange balken. Sluit de voeding aan tussen de twee 120 micron lange balken om ongeveer zeven volt DC en drie AC-spanning toe te passen voor de resonantiewerking. Sluit extra DC-biasspanning aan op de ingebedde verwarmingen met een maximum van 5,7 volt om jouleverwarming toe te passen op de balken tijdens de resonantiewerking.

Verplaats de laser naar een andere plek op de balk om een langere minder laserdeflectie te krijgen. Zorg ervoor dat u de intensiteit van de blauwe balk verhoogt om het geluid te verminderen. Verdeel het scherm in meerdere weergaven om te kalibreren en start de meetopstelling.

Ga naar aankoopinstellingen. Stel de meetmodus in op FFT. Gebruik geen filter.

En stel de bandbreedte in op twee megahertz. Wijzig de snelheid die de maximale frequentie van 2,5 megahertz kan ondersteunen. Gebruik periodische chipgolfvorm.

Hierbij staat amplitude voor AC-spanning en offset voor DC-spanning. Start met continue meting met deze nieuwe opstelling. Werk de aankoopinstellingen bij door de DC-spanning te veranderen naar één volt.

Wanneer Ref1 rood alarm toont, betekent dit dat het signaal ruis heeft. Verlaag de toegepaste biasspanning in het aankoopinstellingenvenster om het probleem op te lossen. Verplaats de laser naar een andere plek op de balk om de signaal-ruisverhouding verder te verhogen.

Soms kunt u slechte plekken op de balk vinden die