Проектирование и характеристика методологии для эффективного широкий диапазон МЭМС Перестраиваемые фильтры

Фильтры очень популярны и широко используются в последовательности приемников и передатчиков в беспроводной связи. Кроме того, наиболее популярным применением являются газовые датчики, биосенсоры и датчики температуры. Эти фильтры с высокими требованиями должны быть изготовлены по технологии КМОП MEMS, чтобы обеспечить более надежное изготовление и конструкцию с низким уровнем шума за счет исключения лишних проводов между двумя отдельными микросхемами.

Здесь CMOS обозначает комплементарный металлооксидный полупроводник, а MEMS — микроэлектромеханические системы и датчики. Кроме того, последующий процесс должен быть спроектирован таким образом, чтобы избежать задержек в процессе изготовления. Хорошо известным методом измерения резонанса МЭМС-резонаторов является использование сетевого анализатора, но он не является таким мощным методом, как метод лазерного доплеровского виброметра, по следующим причинам.

Одной из самых больших проблем метода анализатора цепей является устранение паразитной емкости. Я вижу, что инструмент проектирования был использован для увеличения частотной и фазовой характеристик эквивалентной схемы для пучка длиной 120 микрон. Эти двухваттные пиковые значения резко уменьшились с 6 дБ до 0,34 дБ даже при увеличении паразитной емкости с одного фемтофарада до 20 фемтофарад.

Вот почему для этого требуется конструкция с одним чипом до зажигания рядом с максимальными резонаторами. Лазерный доплеровский виброметр — еще один метод, который использует лазер для определения вибрации лучей при их резонансе. В отличие от анализатора цепей, метод лазерного доплеровского виброметра устраняет проблему паразитной емкости.

Кроме того, он может обнаруживать резонанс с более высокой модой, что дает много преимуществ в различных областях исследований, таких как биочувствительные приложения, и может характеризовать гораздо меньшие резонаторы в отличие от анализатора цепей. Это позволяет быстро создавать прототипы и создавать более чувствительные и точные резонаторы, особенно в биочувствительных приложениях. Цель данного исследования состоит в том, чтобы предоставить руководство для демонстрации после проектирования, измерения перестройки частоты, настройки возможности настройки, предотвращения двойного неподвижного и фиксированного луча с помощью лазерного доплеровского виброметра.

Процесс начинается с поиска оптимальной структуры. Выберите неподвижный-фиксированный луч на второй широкодиапазонной перестройке частоты, поскольку фиксированный неподвижный луч по сравнению с другими кандидатами позволяет выполнять широкодиапазонную перестройку при нагреве из-за большого температурного коэффициента частоты и индивидуальной постоянной теплового расширения. Проектируйте более длинный луч, если целью является лучшая эффективность настройки.

Проектируйте более короткий луч, если речь идет о скачкообразной перестройке частоты или отслеживании сигнала. Спроектируйте и создайте 3D-модель фидера MEMS в программе, основанной на конечных элементах. Восстановите одну и ту же схему в инструменте проектирования интегральных микросхем слой за слоем, чтобы создать файл GDS.

Отправьте этот файл GDS в CMOS foundry для изготовления. Здесь мы используем технологию CMOS 0,6 микрона. После завершения процесса CMOS чипы должны поставляться со слоями поликремния, алюминия и оксидов.

Следующим шагом является проведение этапов постобработки. Проведите процесс сухого травления CHF302 с помощью системы ICPH, которая представляет собой диоксид кремния между слоями алюминия для формирования пучков с соотношением сторон 5,7. Для этого процесса используйте следующие параметры.

CHF3 при 40 куб. см, кислород при 5 куб. см, давление 0,5 паскаля, мощность ICP при 500 Вт, мощность образца при 100 Вт с общим временем травления 56 минут. Примените процесс травления фторида ксенона в кремниевой подложке, чтобы создать полость глубиной девять микрометров под лучами. Для этого процесса используйте систему травления фторидом ксенона в течение трех циклов при трех торр в течение 60 секунд за цикл.

Определите характеристики устройств под ECM, чтобы убедиться в их правильном изготовлении. Для этого шага измените ускоряющее напряжение луча на 2,58 киловольт и рабочее расстояние на 9,5 миллиметров. Тестирование устройства состоит из многих этапов, включая тест на джоульный нагрев и тест на частотную характеристику.

Расположите тепловизионную камеру в верхней части чипа и проверьте обогреватели окружающей среды, чтобы убедиться, что они нагревают лучи. Подключите источник питания к корпусу микросхемы, чтобы подать напряжение постоянного тока на встроенные нагреватели в диапазоне от 0 до 5,7 вольт с небольшим шагом для повышения температуры по всем лучам. Записывайте температурный профиль по всему корпусу чипа с помощью тепловизионной камеры во время процесса нагрева и сохраняйте результаты в программе численного заполнения и построения графика профиля нагрева.

Расположите лазер над лучами длиной 120 микрометров. Подключите источник питания между двумя лучами длиной 120 микрон, чтобы подать около семи, семи вольт постоянного тока и три напряжения переменного тока для работы в резонансе. Подключите дополнительное напряжение смещения постоянного тока к встроенным нагревателям с напряжением не более 5,7 вольт, чтобы подать джоулевый нагрев на пучки во время работы резонанса.

Переместите лазер в другое место на луче, чтобы получить гораздо меньшее отклонение лазера. Обязательно увеличьте интенсивность синей полосы, чтобы уменьшить шум. Разделите экран на несколько представлений, чтобы откалибровать и начать настройку измерения.

Перейдите в настройки сбора данных. Установите режим измерения на БПФ. Не используйте никаких фильтров.

И установите пропускную способность равной двум мегагерцам. Изменяйте скорость, которая может поддерживать максимальную частоту 2,5 мегагерца. Используйте периодическую форму сигнала микросхемы.

Здесь амплитуда обозначает переменное напряжение, а смещение — напряжение постоянного тока. Начните непрерывное измерение с этой новой конфигурацией. Обновите настройки сбора данных, изменив напряжение постоянного тока на одно вольт.

Когда Ref1 показывает красный сигнал тревоги, это означает, что сигнал шумный. Уменьшите приложенное напряжение смещения в окне настроек сбора данных, чтобы устранить проблему. Переместите лазер в другое место на луче, чтобы получить дальнейшее увеличение отношения сигнал/шум.

Иногда вы можете найти плохие места на луче, что вызывает красный сигнал тревоги на вибрационной планке. Просто продолжайте искать лучшее место на балке. Выберите МЭМС-фильтр длиной 68 микрон для тестирования.

Подайте напряжение постоянного тока 25 В и напряжение переменного тока пять В одновременно между двумя соседними лучами длиной 68 микрон. Здесь постоянное напряжение обеспечивает полосу, а переменное напряжение обеспечивает резонансную работу. Подайте дополнительное напряжение постоянного тока на встроенные нагреватели, расположенные в луче длиной 68 микрон, и увеличьте напряжение с нуля вольт до 5,7 вольт с небольшим шагом шага.

Это обеспечит перестройку частоты на основе джоулева нагрева. Наблюдайте и записывайте резонанс, частоту и фазовую характеристику в зависимости от приложенного напряжения смещения на каждом шаге и суммируйте результаты в таблице. При этом общая настройка частоты для этого образца составляет около 874 килогерц при подаче постоянного напряжения 5,7 вольт постоянного тока на встроенный нагреватель.

Нажмите кнопку A/D, чтобы перейти к окну настроек сбора данных, показанному в разделе калибровки LDV и настройки теста, и измените скорость, которая может поддерживать очень высокие частоты. Измерьте первый и второй режимы с их фазой. Примените прямоугольный волновой сигнал в один герц для решения задачи о защемлении, возникающей в результате скоростного заряда от двух соседних лучей.

Перейдите на вкладку генератора и выберите квадратную форму волны в выпадающем меню формы волны. Перейдите в офсетную коробку и установите напряжение постоянного тока на одно вольт. Перейдите в поле «Частота» и установите частоту на один герц.

Активируйте и примените эти новые настройки к балкам. Соблюдайте расстояние между лучами. Используйте дополнительный образец для испытания на термическую нагрузку.

Увеличьте приложенное напряжение смещения на встроенном нагревателе с небольшим шагом, чтобы найти максимально допустимое напряжение до выхода устройства из строя из-за высокого теплового напряжения. Подайте напряжение постоянного тока 25 вольт и напряжение переменного тока пять вольт между двумя соседними лучами размером 68 микрон, увеличивая приложенное напряжение смещения на встроенном нагревателе с 0 вольт до 5,7 вольт, чтобы получить общий сдвиг частоты на 661 килогерц. Увеличьте приложенное напряжение смещения с 25 В до 35 В, чтобы добавить дополнительный эффект смягчения между двумя соседними лучами длиной 68 микрон, при этом подавая напряжение переменного тока в один вольт и сохраняя ту же установку напряжения смещения на встроенных нагревателях.

Зафиксируйте 32%-ное улучшение общего сдвига частоты, поскольку оно должно увеличиться с 661 килогерц до 875 килогерц в результате этого дополнительного смягчающего эффекта. Перестройка частоты в широком диапазоне с подачей напряжения смещения на встраиваемые нагреватели достигается и проверяется с помощью лазерного доплеровского виброметра. Измерение резонанса с более высоким напряжением очень важно для резонаторов, поскольку оно дает многообещающие результаты для высокочувствительных и точных биосенсоров.

Лазерный доплеровский виброметр позволяет измерять высокое напряжение, которое практически невозможно считывать с помощью анализатора цепей. 5-я мода измерялась с помощью лазерного доплеровского виброметра путем измерения нескольких точек на каждом луче. Измеренная форма моды для влияния на совпадения с результатами программы на основе анализа методом конечных элементов показана в правом углу.

В этом видеоролике рассказывается о проектировании, изготовлении и определении характеристик длинноволновых настраиваемых КМОП-фильтров MEMS. Широкодиапазонные перестраиваемые МЭМС-фильтры очень требовательны, особенно в приложениях с отслеживанием сигналов и скачкообразной перестройкой частоты. Именно поэтому после увеличения диапазона настройки во избежание поломки он успешно демонстрируется, легко применяется и повторяется.

Методы предотвращения распространенных проблем, таких как горение и зажигание, успешно продемонстрированы благодаря надежности и низкой стоимости изготовления. С целью определения характеристик успешно продемонстрировано превосходство лазерного доплеровского виброметра или анализатора цепей. чтобы не только включить пятый режим чередования, но и использовать передовые технологии для портативных биосенсоров и ранней диагностики, таких как ВИЧ.