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Engineering

Design und Charakterisierung Methodik für effiziente Weitbereichs-abstimmbaren MEMS-Filter

Published: February 4, 2018 doi: 10.3791/56371

Summary

Ein Protokoll für eine feste-feste Strahl-Design mit einem Laser Doppler Vibrometer (LDV), einschließlich der Messung der Frequenz tuning, Modifikation des Tunings-Fähigkeit und Vermeidung von Geräteausfall und Stiction, wird vorgestellt. Die Überlegenheit der LDV-Methode über die Netzwerk-Analyzer ist aufgrund seiner höheren Modus Fähigkeit unter Beweis gestellt.

Abstract

Hier zeigen wir die Vorteile der Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) über konventionelle Techniken (Netzwerk-Analyzer) sowie die Techniken, um eine anwendungsorientierte mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Filter wie es effizient zu nutzen () erstellen und d. h., tuning tuning-Funktion und Fehler und Stiction zu vermeiden). LDV ermöglicht wichtige Messungen, die mit der Netzwerk-Analyzer, wie höhere Modus Erkennung (hochempfindliche Biosensor-Anwendung) und Resonanz-Messung für sehr kleine Geräte (schnelles Prototyping) nicht möglich sind. Dementsprechend wurde LDV verwendet, um die tuning Frequenzbereich und die Resonanzfrequenz in verschiedenen Modi der MEMS-Filter für diese Studie gebaut charakterisieren. Diese breite Palette Frequenz tuning Mechanismus basiert einfach auf Joule Beheizung von eingebetteten Heizungen und relativ hohe thermische Belastung in Bezug auf die Temperatur eines Balkens fest fixiert. Wir zeigen jedoch, dass eine weitere Einschränkung dieser Methode ist die daraus resultierende hohe thermische Belastung, die die Geräte verbrennen kann. Weitere Verbesserung wurde erreicht und erstmals in dieser Studie gezeigt, so dass die Tune-Funktion durch eine Erhöhung der angewandten DC Bias-Spannung (25 V bis 35 V) zwischen zwei benachbarten Strahlen 32 % erhöht wurde. Diese wichtige Erkenntnis entfallen zusätzliche Erhitzung bei der breiteren Frequenzbereich tuning Joule. Ein weiteres mögliches Scheitern ist durch Stiction und Anforderung der Strukturoptimierung: Wir bieten eine einfache und leichte Technik der niederfrequenten Rechtecksignal Signal Anwendung, kann erfolgreich die Balken trennen und eliminiert die Notwendigkeit für mehr, anspruchsvolle und komplizierte Methoden in der Literatur gegeben. Die vorstehenden Feststellungen erfordern eine Design-Methodik, und so bieten wir auch eine anwendungsorientierte Design.

Introduction

Es gibt eine wachsende Nachfrage für MEMS-Filter durch ihre hohe Zuverlässigkeit, geringer Stromverbrauch, kompakte Bauweise, hohen Qualitätsfaktor und niedrigen Kosten. Sie sind weit verbreitet als Sensoren und als zentrale Bestandteile in der drahtlosen Kommunikation. Temperatur-Sensoren1, Bio-Sensoren2,3, Gas-Sensoren4, Filter5,6,7und Oszillatoren sind die beliebtesten Anwendungsbereiche. Die beliebtesten elektrostatische MEMS-Filter sind fest fixiert Strahl5,8, Freischwinger2, Stimmgabel6, frei-freie Träger6,7, Biege-Disk Design7, und quadratische Form Design9.

Es gibt viele wichtige Schritte bei der Realisierung von eines MEMS-Filters, wie Design-Methodik (anwendungsorientierte Strukturoptimierung, breites Spektrum Frequenz Abstimmbereich und Ausfälle vermeiden) und Charakterisierung (schnelles Prototyping, Vermeidung von parasitären Kapazitäten und Erkennung von höheren Modi). Frequenz tuning Funktion ist erforderlich, um für jede Frequenzänderungen aufgrund Herstellung Toleranzen oder Umgebungstemperatur Variationen zu kompensieren. Verschiedene Techniken10,11,12 wurde in der Literatur berichtet, um dieser Anforderung zu entsprechen; Sie haben jedoch einige Nachteile wie begrenzten Frequenz tuning Fähigkeit, niedrige Mittenfrequenz, zusätzliche Post-processing-Anforderungen und externe Heizung10,11.

In dieser Studie präsentieren wir Ihnen breite Palette Frequenz tuning von Joule Heizung Methode5,13 über einen begrenzten Frequenz Abstimmbereich über einen Elastizitätsmodul ändern12 (Erhöhung der DC-Bias-Spannung zwischen zwei benachbarten Strahlen) und eine Material phase Übergang Methode10,11. Darüber hinaus wurden der Auswahl optimaler Struktur und die anwendungsorientierte Gestaltung in göktas und Zaghloul13zusammengefasst. Hier zeigen wir wie Tune die Resonanzfrequenz eines Balkens fest fixiert durch Erhöhung der DC-Spannung auf die integrierte Heizung mit Hilfe der LDV angewendet. Die finite-Elemente-Analyse (FEM)-Simulation wird mit der LDV-Messung im selben Frame aus Gründen der Visualisierung des tuning-Mechanismus synchronisiert. Dazu gehören das Joule Heiz- und Profil in die Balken biegen.

Wir präsentieren auch die mögliche Ausfälle (verbrannten Geräten und Stiction) und ihre Lösungsvorschläge. Heizung-Methode in Kombination mit der hohen thermischen Belastung des Trägers fest fixiert Joule bietet zahlreiche tuning-Frequenz aber zur gleichen Zeit kann verbrannten Geräten auf einem bestimmten Temperaturniveau führen. Dies ist zurückzuführen auf die hohe thermische Belastung zwischen verschiedenen Materialien14. Die Lösung ist die Gleichspannung zwischen zwei benachbarten Strahlen, die wiederum erhöht den Abstimmbereich (32 %), und eliminiert die Notwendigkeit für hohe Temperatur zu erhöhen. Diese "tuning tuning-Bereich" Methode wurde zuerst demonstrierten in göktas und Zaghloul5göktas und Zaghloul13näher erläutert und neu vorgestellten. Stiction, kann auf der anderen Seite während der Fertigung Prozess oder Resonanz-Operation erfolgen. Es wurden viele Techniken zur Bewältigung dieses Problems wie die Anwendung Oberflächenbeschichtung zur Verringerung der Adhäsion Energie15,16, zunehmender Oberflächenrauheit17und der Laser Reparatur Prozess18vorgeschlagen. Im Gegensatz dazu stellen wir eine einfache Technik, wo ein Niederfrequenz-Rechtecksignal zwischen zwei angeschlossenen Balken angewendet wurde und die Trennung wurde erfolgreich von LDV aufgezeichnet. Diese Methode beseitigen kann zusätzliche Kosten und Komplexität zu reduzieren.

Ein weiterer wichtiger Schritt beim Aufbau eines State-Of-The-Art-MEMS-Filters ist Charakterisierung und Verifizierung. Charakterisierung mit einem Netzwerk-Analyzer ist eine der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Methoden; Es hat jedoch einige Nachteile. Auch kleine parasitäre Kapazität kann das Signal zu töten und so dies in der Regel eine Verstärker-Schaltung3,6,8 für Lärm Beseitigung erfordert, und es nur erste Modus Resonanz erkennt. Auf der anderen Seite Charakterisierung mit LDV ist frei von dieser parasitäre Kapazität Frage und viel kleinerem Hubraum zu erkennen. Dies ermöglicht schnelles Prototyping, wodurch die Notwendigkeit für Verstärker-Design. Darüber hinaus erkennt LDV höheren Modus Resonanz der MEMS-Filter. Diese Funktion ist sehr vielversprechend, vor allem im Bereich der hochempfindliche Biosensoren. Ein höherer Cantilever-Modus bieten viel mehr Sensibilität19. Die höheren Modus Messung eines Balkens fest fixiert mit LDV gezeigt und auf FEM-Simulation-Messung angewendet. Die vorzeitige Ergebnisse aus der FEM-Simulation bieten bis zu 46 Mal Verbesserung in der Empfindlichkeit im Vergleich zu den ersten Modus des Strahls fest fixiert.

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Protocol

1. Auswahl und Gestaltung einer optimalen Struktur

  1. Wählen Sie den fest fixierten Träger für breites Spektrum tuning Frequenz (im Vergleich zu anderen Kandidaten, es ermöglicht breites Spektrum tuning, wenn es, aufgrund seiner großen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) und vernachlässigbar Wärmeausdehnung konstante erhitzt wird).
  2. Entwerfen Sie einen längeren Lichtkegel, wenn der Zweck Effizienzsteigerung tuning ist. Entwerfen Sie einen kürzere Balken, wenn der Zweck Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen ist.

2. Modellierung und Fertigung in komplementären Metal-Oxide Semiconductor (CMOS)

  1. Entwerfen Sie und erstellen Sie das 3D-Modell für die MEMS-Filter in einem FEM-basierten Programm.
  2. Rekonstruieren Sie das gleiche Layout in einem integrierten Schaltkreis (IC)-Design-Tool, Schicht für Schicht die Gds-Datei erstellt.
  3. Senden Sie dieses Gds-Datei der CMOS-Gießerei für die Fertigung (Wir verwendeten CMOS 0,6 µm-Technologie).
  4. Fahren Sie mit Post-processing-sobald die CMOS-Prozess abgeschlossen ist (beachten Sie, dass die Chips Polysilizium, Aluminium und Oxid-Schichten haben sollte).
    1. Verhalten der CHF3/o2 trocknen Ätzprozess über eine Induktiv gekoppelte Plasma (ICP) Ätzen System. Ätzen Sie der SiO2 zwischen Aluminiumschichten und bilden Sie die Balken auf das Seitenverhältnis von 5,7. Dabei verwenden Sie die folgenden Parameter: CHF3 40 Sccm, O2 bei 5 Sccm, Druck bei 0,5 Pa, ICP macht bei 500 W und Probe macht bei 100 W mit 56 min. Total etch Zeit.
    2. Gelten die XeF2 Ätzprozess in der Silizium-Substrat einen 9 µm Tiefe Hohlraum unter den Balken zu erstellen. Dabei verwenden Sie die XeF2 Ätzen System für 3 Zyklen bei 3 t, für 60 s/Zyklus.
  5. Charakterisieren Sie die Geräte mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß hergestellt werden. In diesem Schritt ändern die Beschleunigung Spannung auf 2,58 Strahl kV und der Arbeitsabstand bis 9,5 mm.

3. Gerät testen

Hinweis: Test Geräte bestehen aus vielen Stufen einschließlich Heizung und Frequenz Response Test Joule.

  1. Wärmebildkamera Test für eingebettete Heizungen
    1. Positionieren Sie die Wärmebildkamera auf dem Chip zu und testen Sie die eingebettete Heizungen um sicherzustellen, dass sie die strahlen Wärme.
    2. Schließen Sie das Netzteil an die Chip-Package und wenden Sie eine Gleichspannung auf die eingebetteten Heizungen von 0 V bis 5,7 V in kleinen Schritten, die zur Erwärmung in die Balken.
    3. Notieren Sie den Temperaturverlauf in der Chip-Paket über eine Wärmebildkamera während der Aufheizvorgang. Speichern Sie die Ergebnisse in einem numerischen EDV-Programm und das Heizprofil plot.
  2. Kalibrierung der LDV und Test-setup
    1. Positionieren Sie den Laser auf die 120 µm langen Balken.
    2. Schließen Sie das Netzteil zwischen den zwei 120 µm langen Balken sowohl 7 V DC anwenden und 3 V Wechselspannung für den Resonanz-Betrieb. Verbinden Sie eine zusätzliche DC-Bias-Spannung mit der eingebetteten Heizungen mit maximal 5,7 V Joule Heizung auf den Balken bei der Resonanz-Operation anwenden.
    3. Den Laser an eine andere Stelle auf dem Balken eine rauscharme Laser Reflexion zu bewegen. Achten Sie darauf, erhöhen Sie die Intensität des blauen Balkens um den Lärm zu verringern.
    4. Teilen Sie den Bildschirm in mehrere Ansichten zu kalibrieren und starten Sie den Messaufbau.
    5. Übernahme Einstellungen Sie, setzen Sie den Messmodus, FFT, nicht verwenden Sie jeder Filter, und stellen Sie die Bandbreite bis 2 MHz.
    6. Ändern Sie die Geschwindigkeit, so dass es eine maximale Frequenz von 2,5 MHz unterstützen kann.
    7. Verwenden Sie die periodische Chirp-Wellenform.
      Hinweis: Hier Amplitude steht für Wechselspannung und Offset für Gleichspannung.
    8. Starten Sie die Messung mit diesem neuen Setup.
    9. Aktualisieren Sie die Übernahme Einstellungen, indem Sie ändern die DC-Spannung 1 V.
    10. Die angewandte Vorspannung im Erwerb Einstellungsfenster zu verringern, wenn die Ref1 die rote Alarm (Dies bedeutet zeigt, dass das Signal laut ist).
    11. Bewegen Sie den Laser an eine andere Stelle auf dem Balken, das Signal-Rausch-Verhältnis weiter zu erhöhen. Gelegentlich, liegt möglicherweise schlechte Flecken auf dem Balken, der die rote Alarm auf die Vibration verursacht; in diesem Fall weiterhin für den besten Platz zu suchen.
  3. Testen von 68 µm lange MEMS-Filter über LDV
    1. Wählen Sie den 68 µm lange MEMS-Filter zum testen.
    2. 25 V Gleichspannung und 5 V Wechselspannung zwischen den zwei 68 µm lange angrenzenden Balken zusammen anwenden. Hier die DC-Spannung bietet biegen und die Wechselspannung ermöglicht den Resonanz-Betrieb.
    3. Anwenden einer zusätzlichen Gleichspannung, die eingebettete Heizungen in den 68 µm langen Balken gelegt, und erhöhen die Spannung von 0 V bis 5,7 V in kleinen Schritten. Dieses versieht Frequenz tuning basierend auf Joule Heizung.
    4. Beobachten und notieren Sie die Resonanzfrequenz und Phasengang in Bezug auf die angewandte Vorspannung bei jedem Schritt und fasst die Ergebnisse in einer Tabelle. Die Gesamthäufigkeit tuning für dieses Beispiel ist hier etwa 874 kHz bei 5,7 V Gleichspannung auf die integrierte Heizung angewendet wird.
      Hinweis: Simulationen (auf der rechten Seite) und realen Messung (auf der linken Seite) sind synchronisiert.
  4. Höhere Modi Messung
    1. Drücken Sie die A/D-Taste, um zum Erwerb Einstellungsfenster demonstrierten in Abschnitt 3.2 gehen und ändern Sie die Geschwindigkeit zu, so dass es zu sehr hohen Frequenzen unterstützen kann.
    2. Messen Sie der erste und der zweite Modus mit ihrer Phase.
      Hinweis: Ist die primäre Resonanz Verschiebung in Y-Richtung für Modus-1 und Mode 2 in Z-Richtung (das auf dem Mikroskop) obliegt.

4. Vermeidung von Geräteausfall

  1. Niederfrequenz Rechtecksignal Signal Anwendung Stiction zu lösen
    1. Anwenden einer 1Hz Rechtecksignal das Stiction Problem zu lösen, das durch elektrostatische Aufladung zwischen den zwei benachbarten Balken entsteht.
    2. Gehen Sie zum Feld Offset und die DC-Spannung auf 1 V, unter Beibehaltung der AC-Spannung 1 V.
    3. Gehen Sie zum Feld Frequenz und stellen Sie die Frequenz von 1 Hz.
    4. Aktivieren Sie und wenden Sie dieser neuen Einrichtung auf die Balken an.
    5. Die Trennung der Balken beobachtest.
  2. Hohe thermische Belastung und brennen
    1. Verwenden Sie eine zusätzliche Probe für den thermischen Stress-Test.
    2. Erhöhen Sie die angewandte Vorspannung auf dem embedded-Heizung von kleinen Schritten, die maximale zulässige Spannung zu finden, bevor das Gerät aufgrund der hohen thermischen Belastung ausfällt.

5. Förderung der Tuning Funktion

  1. Wenden Sie 25 V Gleichspannung und 5 V Wechselspannung zwischen den zwei 68 µm angrenzenden Balken und erhöht die angewandte Vorspannung auf die eingebetteten Heizung von 0 V bis 5,7 V, für eine insgesamt 661 kHz Frequenzverschiebung zusammen an.
  2. Erhöhen Sie die angewandte Bias-Spannung von 25 V bis 35 V eine Zusatzfeder Erweichung Effekt zwischen den beiden 68 µm lange angrenzenden Balken, beim Anlegen einer 1 V AC-Spannung und halten die gleiche Vorspannung-Setup auf die eingebetteten Heizungen hinzufügen.
  3. Notieren Sie die 32 % Verbesserung in insgesamt Frequenzverschiebung, da es von 661 kHz bis 875 kHz aus dieser Zusatzfeder Erweichung Wirkung erhöhen sollte.
    Hinweis: Nach bestem Wissen und Gewissen, ändern die Tune Fähigkeit der MEMS-Resonatoren zum ersten Mal in diesem Werk gelang.

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Representative Results

Stiction wurde durch die Anwendung niederfrequenter Rechtecksignal vermieden und dies wurde verifiziert, indem LDV (Abbildung 1). Mögliches Scheitern aufgrund der hohen thermischen Belastung14 bei der Anwendung relativ höhere DC Vorspannung auf den eingebetteten Heizelementen ergab sich unter Mikroskop (Abbildung 2). Das FEM-Programm wurde verwendet, um die höheren Modi für den Strahl (Abbildung 3) ableiten. Ändern die Tune-Funktion (32 Prozent) der DC Bias-Spannung (25 V bis 35 V) zwischen zwei benachbarten Strahlen zeigte sich zum ersten Mal in dieser Arbeit5 mit Hilfe des LDV (Abbildung 4). Die Fähigkeit zur Messung der höheren Modus Reaktionen über die LDV wurde erfolgreich demonstriert und die Ergebnisse wurden verglichen mit der FEM-Simulation. Der 5th -Modus wurde durch mehrere Messpunkte auf jeder Strahl mit der LDV gemessen. Die gemessenen Schwingungsform perfekt abgestimmt mit der FEM-Simulation (Abbildung 5). Darüber hinaus bis zu 46 Mal Verbesserung der Frequenz Verschiebung in Bezug auf die erste FEM zeigte bei eine 1 Pg Masse der MEMS-Filter befestigt war. Dieses vielversprechende Ergebnis böte eine deutlich höhere Empfindlichkeit Biosensor in Kombination mit den höheren Modus lesen Fähigkeit des LDV (Abbildung 6).

Figure 1
Abbildung 1 : Stiction zwischen den MEMS filtern. Stiction fand bei T = 55 s, mit den Strahlen freigesetzt bei T = 57 s nach dem Auftragen der Niederfrequenz-Rechtecksignal. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Brennen in der MEMS-Filter. (ein) 200 µm lange MEMS-Filter vor dem Auftragen der hohen DC Spannung zu den eingebetteten Heizungen (b) 200 µm lange MEMS Filtern nach dem Auftragen der hohen DC Spannung zu den eingebetteten Heizungen (c) 240 µm lange MEMS Filtern nach dem Auftragen der hohe Gleichspannung zu dem eingebetteten Heizelementen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Modusformen. Strahl auf höhere Modi (Modus 1 bis Modus-9) Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Tuning Tune Funktion. Frequenzgang in Abhängigkeit von verschiedenen angewendet Bias Spannungen auf die eingebetteten Heizungen der 68 µm lange MEMS Filter (ein) wenn Vdc = 25 V und Vac = 5 V und (b) bei Vdc = 35 V und Vac = 1 V. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur e.

Figure 5
Abbildung 5 : High-Modus messen. (ein) der gemessenen hohen Modus Antwort für L = 152 µm lange MEMS-Filter. (b) die FEM-Simulation-Ergebnisse mit der gleichen Schwingungsform. (c) der gemessenen höheren Modus Antworten für L = 152 µm lange MEMS-Filter bei verschiedenen Frequenzen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Verschiedene Modi und ihre erwarteten Leistungen. (ein) die normalisierte Frequenz Verschiebung in Bezug auf erste Modus mit 1 Pg-Masse an den MEMS-Filter angebracht. (b) Vergleich zwischen Messung und Simulation der Coventor für höhere Modus Antworten von 152 µm Filtern lange MEMS. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Die entscheidenden Schritte beim Aufbau von MEMS-Filter soll die Geräte basierend auf den Einsatzbereich zu entwickeln. Der Strahl sollte länger oder dünner für bessere Stimmung Effizienz (ppm/mW), aber kürzer oder dünner für Frequenzsprung oder Signal tracking-Anwendungen. In der gleichen Weise ist klares Signalerkennung über LDV in Gerät testen, weshalb es besser ist, den Strahl mit mindestens 3-4 µm Dicke zu entwerfen. Sonst wird das Signal laut, sogar mit einer 100 X Objektiv, und es dauert mehrere Punkte, die Tests mit Lärm Beseitigung (eingebettet in LDV-Software), um optimale Erkennung zu erreichen. Aufgrund seiner großen TCF ermöglicht fest fixiert Balken, im Vergleich zu anderen Kandidaten (Freischwinger, Stimmgabel und frei-freie Träger), breites Spektrum tuning Frequenz, wenn es erhitzt wird. In dieser Studie verwendeten wir Methode mit Polysilizium Schichten als eingebettete Heizungen Heizung Joule.

Gewusst wie: Stiction zu vermeiden:

Stiction kann während des Betriebs der Resonanz durch elektrostatische Aufladung erfolgen. Viele unterschiedliche Methoden wurden in der Literatur, z. B. Gestaltung des Strahls mit hoher Steifigkeit konstante Beschichtung der Oberfläche mit Anti-Stiction Chemie und Anwendung hohe Gleichspannung in umgekehrter Richtung präsentiert. Im Gegensatz zum Zwecke der Fehlerbehebung präsentieren wir hier eine alternative, einfache Technik. Durch die Anwendung einer relativ hohen Spannung niedriger Frequenz (1 Hz) Rechtecksignal für kurze Zeit ()Abbildung 1), die Balken voneinander trennen können und weiterhin mitschwingen. Diese Lösung ermöglicht eine kostengünstige Konstruktion und beseitigt die komplexeren Lösungen wie Anti-Stiction Beschichtung.

Gewusst wie: Geräteausfall zu vermeiden:

Relativ hoher Dichte aktuelle fließt in die fest fixiert Träger aufgrund der höheren Spannung Anwendung kann dazu führen, dass Geräteausfall (gebrochen oder Geräte verbrannt) (Abbildung 2). Dies ist vor allem wegen Nichtübereinstimmung in konstanten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Schichten in der fest-fest Strahlen13,14. Um Fehler zu vermeiden, sollte die maximale zulässige Spannung für jedes andere fest fixiert Beam studierte und sorgfältig, zusammen mit der maximalen Frequenz Abstimmbereich definiert. Die maximal zulässige Spannung und Leistungsaufnahme von Strahl zu Strahl variiert und hängt das Gerät Abmessungen13. Die maximale zulässige Spannung an den eingebetteten Heizungen für den 68 µm langen Strahl in diesem Werk liegt zwischen 6,3-7 V vor Geräteausfall.

Effiziente Charakterisierung:

Eine der größten Herausforderungen der Netzwerk-Analyzer-Methode ist es, parasitäre Kapazitäten zu beseitigen. Die IC-Design-Tool wird verwendet, um die Häufigkeit und Phasengang der Ersatzschaltbild für die 120 µm lange MEMS Filter plot. Der S21-Spitze-Spitze-Wert drastisch verringerte sich von 6 dB auf 0,34 dB auch, wenn die parasitäre Kapazität von 1 erhöht fF 20 fF, erfordern eine-Chip-Verstärker-Design positioniert neben der MEMS-Filter6,8.

Im Gegensatz zu den Netzwerkanalysator bietet LDV viele Vorteile in Resonanz-Messung der Balken fest fixiert. Zunächst einmal, es beseitigt die parasitäre Kapazität und dadurch schnelles Prototyping und viel kleineren Gerät (Hochfrequenz-Geräte) Charakterisierung. Darüber hinaus bietet die LDV höheren Modus Charakterisierung (Abbildung 3), während der Netzwerkanalysator Charakterisierung des ersten Modus nur beschränkt. Dies bietet viele Vorteile in verschiedenen Forschungsbereichen wie Biosensor Anwendungen19.

Wie Tune Tuning-Fähigkeit:

Nach bestem Wissen und gewissen zeigte sich tuning tuning-Funktion zum ersten Mal in dieser Arbeit-5. Die Zusatzfeder Weichzeichnen-Effekt durch eine Erhöhung der angewandten DC-Bias-Spannung zwischen zwei benachbarten Strahlen bietet eine 32 % Erhöhung in der Gesamthäufigkeit Abstimmbereich. Erhöhung der angewandten DC Spannung zwischen zwei benachbarten Strahlen fügt Zusatzfeder Erweichung auf die Erweichung von Joule, Heizung, und dies führt zu einer größeren Häufigkeit Abstimmbereich. Der Abstimmbereich steigt von 661 kHz auf 875 kHz steigt die DC-Spannung zwischen den zwei benachbarten Balken von 25 V bis 35 V (Abbildung 4). Diese Funktion ist in der großen Nachfrage in Anwendungen wie Frequenzsprung, Signal tracking und rekonfigurierbare Empfänger und Transceiver-Schaltungen.

Die MEMS-Filter haben vor allem für tragbare Biosensor Anwendungen2,3,20enorme aufmerksam wurde. Die FEM wird verwendet, um die höheren Modus Antworten zu studieren. Nach ersten Ergebnissen, die höheren Modi bieten viel bessere Empfindlichkeit (bis zu 46 Mal Verbesserung im Vergleich zum ersten Modus) (Abbildung 6), ein höchst wertvollen und begehrten Merkmal auf dem tragbaren Biosensor-Gebiet. Aus diesem Grund gilt die Aufnahme der LDV-Technik hier vorgestellten unvermeidlich. Messung der Resonanz der Geräte bei höheren Modi erfordern LDV Beteiligung durch die Möglichkeit der höheren Modus erkennen (Abbildung 5). Diese beeindruckende Fähigkeit der LDV, zusammen mit der Möglichkeit der höheren Sensitivität bei höheren Modi führen zu State-Of-The-Art Biosensoren mit hoher Empfindlichkeit.

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Disclosures

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von der US Army Research Laboratory, Adelphi, MD, USA, unter Grant W91ZLK-12-P-0447 unterstützt. Die Resonanz-Messungen wurden mit Hilfe von Michael Stone und Anthony Brock durchgeführt. Die Wärmebildkamera Messung erfolgte mit Hilfe von Damon Conover an der George Washington University.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laser Doppler Vibrometer Polytec Polytec MSA-500
Scanning Electron Microscope Zeiss
Thermal Camera X
Power Supply  Egilent (E3631A)
Microscope X
Coventor Coventor Simulation Tool
Cadence Virtuoso Cadence Simulation Tool
Multisim Multisim Simulation Tool

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Goktas, H. Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters. J. Vis. Exp. (132), e56371, doi:10.3791/56371 (2018).

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