Author Produced

Design en karakterisatie methodologie voor efficiënte Wide Range afstembare MEMS Filters

JoVE Journal
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Een protocol voor een vaste-fixed beam-ontwerpen met behulp van een laser Doppler vibrometer (LDV), met inbegrip van de meting van de frequentie afstemmen, wijziging van tuning mogelijkheden, en het vermijden van apparaatfout en stiction, wordt gepresenteerd. De superioriteit van de LDV-methode over de netwerkanalyse blijkt toe te schrijven aan zijn hogere modus vermogen.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Hier tonen we de voordelen van de laser Doppler vibrometer (LDV) over conventionele technieken (de netwerkanalyse), evenals de technieken voor het maken van een filter programma's gebaseerde microschakelaars systems (MEMS) en hoe het te gebruiken efficiënt) dat wil zeggen, tuning de tuning-mogelijkheid en vermijden van zowel mislukking en stiction). LDV kunt cruciale metingen die onmogelijk met de netwerkanalyse, zoals hogere modus detectie (hooggevoelige biosensor toepassing) en resonantie meting voor zeer kleine apparaten (snelle prototyping). Dienovereenkomstig, LDV werd gebruikt voor het karakteriseren van de tuning frequentiebereik en de resonantiefrequentie bij verschillende takken van de MEMS geluidsfilters voor deze studie. Dit breed scala frequentie tuning mechanisme berust gewoon op Joule verwarming van de ingesloten verwarmers en relatief hoge thermische stress met betrekking tot de temperatuur van een vaste-vaste bundel. We tonen echter aan dat een andere beperking van deze methode is de resulterende hoge thermische stress, die de apparaten kunt branden. Verdere verbetering was bereikt en weergegeven voor de eerste keer in deze studie, zodanig dat de tuning vermogen steeg met 32% door een toename van de toegepaste bias gelijkspanning (25 V tot en met 35 V) tussen de twee aangrenzende balken. Deze belangrijke bevinding elimineert de noodzaak voor de extra Joule Verwarming op de bredere tuning frequentiebereik. Een andere mogelijke mislukking is door middel van stiction en eis van de optimalisering van de structuur: stellen wij voor een eenvoudige en gemakkelijke techniek van lage frequentie blokgolf signaal toepassing die met succes de balken kunt scheiden en elimineert de noodzaak voor de meer verfijnde en ingewikkelde methoden gegeven in de literatuur. De bovenstaande bevindingen vereisen een Ontwerpmethodologie en dus bieden wij ook een programma's gebaseerde ontwerp.

Introduction

Er is een groeiende vraag naar MEMS filters vanwege hun hoge betrouwbaarheid, lage machtsconsumptie, compact ontwerp, factor van hoge kwaliteit en lage kosten. Ze worden veel gebruikt als sensoren en als belangrijkste delen in draadloze communicatie. Temperatuur sensoren1, biosensoren2,3, gas-sensoren4,6,7van de5,van de filters en oscillatoren zijn de populairste toepassingsgebieden. De meest populaire elektrostatische MEMS-filters zijn vaste-fixed beam5,8, cantilever2, stemvork6, gratis-gratis beam6,7, buigsterkte-schijf ontwerp7, en vierkant ontwerp9.

Er zijn vele kritische stappen bij het realiseren van een MEMS-filter, zoals Ontwerpmethodologie (programma's gebaseerde structuur optimalisatie, breed scala frequentie afstelling van bereik, en het vermijden van fouten) en karakterisering (snelle prototyping, vermijden van parasitaire capacitances, en detectie hogere modi). Frequentie afstemming van de capaciteit is vereist om te compenseren voor elke frequentie veranderingen als gevolg van fabricage toleranties, of variaties van de omgevingstemperatuur. 11,12 van de10,van de verschillende technieken zijn gemeld in de literatuur inspelen op deze eis; zij hebben echter een aantal nadelen zoals beperkte frequentie tuning mogelijkheden, lage center frequentie, extra nabewerking eisen, en externe kachel10,11.

In deze studie presenteren we breed scala frequentie afstemming door de Joule verwarming methode5,13 over een beperkte frequentie bereik via een elasticiteitsmodulus tuning wijzigen12 (verhoging van de bias gelijkspanning tussen twee aangrenzende balken) en een materiaal fase overgang methode10,11. Bovendien, de selectie van de optimale structuur en het ontwerp programma's gebaseerde werden samengevat in Göktaş en Zaghloul13. Hier, laten we het afstellen van de resonantiefrequentie van een vaste-fixed beam doordat de DC spanning toegepast op de ingesloten kachel met de hulp van de LDV. De simulatie van eindige elementen analyse (FEM) wordt gesynchroniseerd met de LDV meting in hetzelfde frame ter wille van het visualiseren van de tuning mechanisme. Het gaat hierbij om de Joule verwarming en profiel gedurende de lichtbundel buigen.

Ook presenteren we de mogelijke storingen (verbrande apparaten en stiction) en de voorgestelde oplossingen. De Joule verwarming methode in combinatie met de hoge thermische belasting van de vaste-vaste lichtbundel biedt breed scala frequentie afstemming maar tegelijkertijd kan leiden tot verbrande apparaten op een bepaalde temperatuur-niveau. Dit wordt toegeschreven aan de hoge thermische stress tussen verschillende materialen14. De oplossing is om de DC-spanning tussen de twee aangrenzende balken, die op zijn beurt verhoogt de tuning bereik (32%), en elimineert de noodzaak voor hoge temperaturen. Deze methode van "tuning de tuning-range" was eerst aangetoond in Göktaş en Zaghloul5, meer uitvoerig toegelicht in Göktaş en Zaghloul13en opnieuw hier gepresenteerd. Stiction, aan de andere kant, kan plaatsvinden tijdens het fabricage proces of resonantie. Er zijn vele technieken voorgesteld om aan te pakken dit probleem zoals het toepassen van de oppervlaktelaag hechting energie15,16, toenemende oppervlakteruwheid17, en de laser reparatie proces18te verminderen. In tegenstelling, presenteren we een eenvoudige techniek waar een lage frequentie blokgolf signaal werd toegepast tussen twee aangesloten balken en de scheiding werd met succes opgenomen door LDV. Deze methode kan elimineren extra kosten en verminderen van de complexiteit van het ontwerp.

Een andere kritische stap in het opbouwen van een ultramoderne MEMS filter is karakterisering en controle. Karakterisering met een netwerkanalyse is een van de meest populaire en meest gebruikte methoden; het heeft echter een aantal nadelen. Zelfs kleine parasitaire capaciteit kan het doden van het signaal en dus dit meestal een versterker circuit3,6,8 voor lawaai wegnemen vereist, en het kan alleen de eerste modus resonantie detecteren. Aan de andere kant, karakterisering met LDV is vrij van dit probleem parasitaire capaciteit, en veel kleinere verplaatsing kan detecteren. Hierdoor is snelle prototyping, terwijl eliminerend de behoefte aan ontwerp van de versterker. Bovendien kan LDV hogere modus resonantie van MEMS filters detecteren. Deze functie is zeer veelbelovend, vooral op het gebied van hooggevoelige biosensoren. Een hogere ' Freischwinger '-modus kan bieden veel meer gevoeligheid19. De hogere modus meting van een vaste-vaste bundel met LDV is aangetoond en toegepast op FEM simulatie meting. De vroegtijdige resultaten van de simulatie van de FEM bieden tot 46 keer verbetering in gevoeligheid t.o.v. de eerste modus van de lichtbundel vast-vast.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. selecteren van en het ontwerpen van een optimale structuur

  1. Selecteer de vaste-fixed beam voor breed scala frequentie afstemming (in vergelijking met andere kandidaten, het maakt breed scala afstemmen wanneer het wordt verwarmd wegens zijn grote temperatuurcoëfficiënt van frequentie (TCF) en te verwaarlozen thermische uitzetting constante).
  2. Ontwerp een langere straal als het doel is verbetering van de efficiëntie afstemmen. Ontwerp een kortere balk als het doel is frequentie hoppen of signaal traceringstoepassingen.

2. modellering en fabricage in Complementary Metal-oxide Semiconductor (CMOS)

  1. Ontwerp en maak het 3D-model voor de MEMS filter in een FEM-programma.
  2. Het reconstrueren van de dezelfde lay-out in een hulpmiddel van het ontwerp van geïntegreerde circuit (IC), laag voor laag het gds-bestand maken.
  3. Dit gds-bestand naar de CMOS gieterij voor fabricage (wij gebruikten CMOS-technologie voor 0,6 µm) verzonden.
  4. Gaat u verder met de post-processing zodra het CMOS is voltooid (merk op dat de chips polysilicium, aluminium en oxide lagen moeten).
    1. Gedrag de CHF3/O2 droge etch proces via een inductief gekoppeld plasma (ICP) etch systeem. Etch de SiO2 tussen aluminium lagen en vormen van de balken op de hoogte-breedteverhouding van 5,7. Voor dit proces, de volgende parameters gebruiken: CHF3 bij 40 sccm, O2 op 5 sccm, druk op 0,5 Pa, ICP bij 500 W, en monster macht bij 100 W met een totaal van 56 min etch tijd.
    2. Toepassing van de XeF2 etch proces in het substraat van silicium maken een 9 µm diepte holte onder de balken. Gebruik de XeF2 etsen systeem voor 3 cycli bij 3T, voor 60 s/cyclus voor dit proces.
  5. Kenmerkend zijn de apparaten met een Scannende Elektronen Microscoop (SEM) om ervoor te zorgen dat ze goed zijn gefabriceerd. Voor deze stap, veranderen de lichtbundel versnelling van spanning naar 2,58 kV en de afstand tot 9,5 mm.

3. apparaat testen

Opmerking: Apparaat testen bestaat uit vele stappen, met inbegrip van de verwarming en frequentie response test Joule.

  1. Thermische camera test voor ingesloten kachels
    1. Plaats de thermische camera op de top van de chip en test de ingesloten verwarmingsautomaten om ervoor te zorgen dat zij warmte de balken.
    2. Sluit de voeding aan het pakket van de spaander en een gelijkspanning van toepassing op de ingesloten verwarmingsautomaten van 0 V naar 5.7 V in kleine stappen om de temperatuur in de balken te verhogen.
    3. Record het temperatuursprofiel in heel het pakket van de spaander via een thermische camera tijdens het verhittingsproces. De resultaten opslaan in een numerieke computer programma en het profiel van de verwarming uitzetten.
  2. Kalibreren van de LDV en test setup
    1. Positie van de laser op de top van de 120 µm lange balken.
    2. Sluit de voeding tussen de twee 120 µm lange balken toe te passen zowel 7 V DC en 3 V wisselstroom voor de werking van resonantie. Een extra bias gelijkspanning verbinden met de ingesloten kachels met een maximum van 5,7 V toe te passen Joule verhitting tot de balken tijdens de operatie resonantie.
    3. Verplaats de laser naar een andere plek op de balk om een laag geluidsniveau laser reflectie. Zorg ervoor dat het verhogen van de intensiteit van de blauwe balk te verminderen van het lawaai.
    4. Verdeel het scherm in meerdere weergaven te kalibreren en start de meting setup.
    5. Ga naar overname-instellingen, de meting modus instelt op FFT, niet elk filter gebruiken, en de bandbreedte ingesteld op 2 MHz.
    6. De snelheid wijzigen zodat het een maximale frequentie van 2.5 MHz kan ondersteunen.
    7. Gebruik de periodieke Tjilpen golfvorm.
      Opmerking: Hier, Amplitude staat voor wisselstroom en Offset staat voor gelijkspanning.
    8. Begin de meting met deze nieuwe setup.
    9. De overname-instellingen bijwerken door het veranderen van de gelijkspanning op 1 V.
    10. De toegepaste bias spanning in de overname-instellingen-venster verkleinen wanneer de verw1 het rode alarm (dit betekent toont dat het signaal luidruchtig is).
    11. Verplaats de laser naar een andere plek op de bundel de signal-to-noise verhouding verder te vergroten. Soms kan er slechte plekken op de balk die het rood alarm op de balk van trillingen veroorzaakt; in dit geval blijven zoeken naar de beste plek.
  3. Testen van 68 µm lang MEMS filters via LDV
    1. Selecteer het 68 µm lang MEMS filter voor het testen.
    2. 25 V gelijkspanning en 5 V AC spanning tussen de twee 68 µm lang aangrenzende balken samen toepassen. Hier, de DC-spanning biedt buigen en de wisselstroom maakt de resonantie bediening mogelijk.
    3. Een extra DC spanning van toepassing op de ingesloten kachels geplaatst in de 68 µm lang lichtbundel en verhogen van de spanning van 0 V naar 5.7 V in kleine stappen. Dit zorgt voor frequentie afstemming op basis van de Joule Verwarming.
    4. Observeren en registreren de resonantiefrequentie en fase respons met betrekking tot de toegepaste bias spanning bij elke stap en de resultaten in een tabel samen te vatten. Hier, is de totale frequentie afstemming voor dit voorbeeld ongeveer 874 kHz, wanneer de 5.7 V DC spanning wordt toegepast op de ingesloten kachel.
      Opmerking: Simulaties (aan de rechterkant) en de echte meting (aan de kant van de linksen) worden gesynchroniseerd.
  4. Hogere modi meting
    1. Druk op de knop A/D om naar het venster van de overname-instellingen aangetoond in punt 3.2, en de snelheid te wijzigen, zodat het zeer hoge frequenties kan ondersteunen.
    2. De eerste en de tweede modus met hun fase meten.
      Opmerking: De verschuiving van de primaire resonantie is in de Y-richting voor modus-1 en het is in Z-richting (dus naar de Microscoop) voor modus-2.

4. het vermijden van apparaatfout

  1. Lage frequentie blokgolf signaal toepassing op te lossen stiction
    1. Toepassing van een signaal van de blokgolf 1 Hz op te lossen het probleem van de stiction die voortvloeit uit het elektrostatisch opladen tussen de twee aangrenzende balken.
    2. Ga naar het vak offset en stel de gelijkspanning op 1 V, terwijl de AC spanning op 1 V.
    3. Ga naar het vak van de frequentie en de frequentie ingesteld op 1 Hz.
    4. Activeren en deze nieuwe instelling van toepassing op de balken.
    5. Let op de scheiding van de balken.
  2. Hoge thermische stress en branden
    1. Gebruik een extra monster voor de thermische stress-test.
    2. De toegepaste bias spanning op de ingesloten kachel met kleine stappen te vinden van de maximaal toelaatbare spanning voordat het apparaat als gevolg van hoge thermische stress mislukt verhogen.

5. het stimuleren van de Tuning mogelijkheden

  1. Toepassen samen een 25 V DC spanning en 5 V AC spanning tussen de twee 68 µm aangrenzende balken terwijl het verhogen van de toegepaste bias spanning op de ingesloten verwarmer van 0 V naar 5.7 V, voor een totale 661 kHz frequentieverschuiving.
  2. De toegepaste bias spanning van 25 V tot en met 35 V toe te voegen een extra voorjaar verzachtend effect tussen de twee 68 µm lang aangrenzende balken, terwijl een 1 V AC spanning toe te passen en het houden van dezelfde bias voltage instellingen op de ingesloten verwarmingsautomaten vergroten
  3. De 32% verbetering in totale frequentieverschuiving opnemen, als het moet van 661 kHz tot 875 kHz vanuit dit extra voorjaar verzachtend effect.
    Opmerking: Het beste van onze kennis, veranderen de tuning mogelijkheden van de MEMS-resonatoren werd bereikt voor de eerste keer in dit werk.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Stiction werd vermeden door lage frequentie blokgolf signaal toe te passen en dit werd geverifieerd met behulp van LDV (Figuur 1). Mogelijke storing te wijten aan hoge thermische stress14 bij de toepassing van de relatief hogere bias DC spanning op de ingesloten verwarmingsautomaten werd gecontroleerd onder Microscoop (Figuur 2). De FEM-programma werd gebruikt voor het afleiden van de hogere modi voor de lichtbundel (Figuur 3). De tuning mogelijkheden (32% toename) veranderen door het veranderen van de bias gelijkspanning (25 V tot en met 35 V) tussen de twee aangrenzende balken werd aangetoond voor de eerste keer in deze werk-5 met behulp van de LDV (Figuur 4). De mogelijkheid voor het meten van hogere modus reacties via de LDV bleek succesvol en de resultaten werden vergeleken met de FEM-simulatie. De 5th modus werd gemeten met de LDV door het meten van meerdere punten op elke boom. De vorm van de gemeten modus perfect afgestemd met de FEM simulatie (Figuur 5). Bovendien werd verschuiving met betrekking tot de eerste modus tot 46 keer verbetering in frequentie aangetoond door de FEM wanneer een massa pg 1 werd vastgemaakt aan de MEMS-filter. Dit veelbelovende resultaat zou bieden een veel gevoeliger biosensor wanneer gecombineerd met de hogere modus lezen vermogen van de LDV (Figuur 6).

Figure 1
Figuur 1 : Stiction tussen de filters MEMS. Stiction vond plaats op T = 55 s, met de balken wordt vrijgegeven op T = 57 s na het toepassen van het signaal van de blokgolf lage frequentie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Branden gedurende de filters MEMS. (een) 200 µm lang MEMS filters alvorens de hoogspanning DC met de ingesloten kachels (b) 200 µm lang MEMS filters na het toepassen van de hoogspanning DC met de ingesloten kachels (c) 240 µm lang MEMS filters na het toepassen van de hoge DC spanning om de ingesloten kachels. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Modevormen. Lichtbundel bij hogere modi (modus-1 aan Mode-9) Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Tuning tuning mogelijkheden. Frequentierespons als een functie van verschillende toegepast bias spanningen op de ingesloten verwarmingsautomaten van de 68 µm lang MEMS filters (een) wanneer Vdc = 25 V en Vac = 5 V, en (b) wanneer Vdc = 35 V en Vac = 1 V. gelieve Klik hier om een grotere versie van deze figur e.

Figure 5
Figuur 5 : Hoge modus meting. de reactie van (een) de gemeten hoge modus voor L = 152 µm lang MEMS filters. (b) de FEM simulatie resultaten met dezelfde modus vorm. (c) de gemeten hogere modus Responsie voor L = 152 µm lang MEMS filters op verschillende frequenties. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Verschillende modi en hun beoogde prestaties. (een) de genormaliseerde frequentie verschuiving met betrekking tot de eerste modus met 1 pg massa gekoppeld aan het MEMS-filter. (b) vergelijking tussen meten en Coventor simulatie voor hogere modus reacties van 152 µm lang MEMS filteren. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Een van de kritische stappen voor het bouwen van MEMS filters is het ontwerpen van het apparaat op basis van de module. De lichtbundel moet langer of dunner voor beter afstemmen efficiëntie (ppm/mW), maar korter of dunner voor frequentie hoppen of signaal traceringstoepassingen. Op dezelfde manier is duidelijk signaal detectie via LDV kritisch in apparaat testen en daarom is het beter om het ontwerp van de lichtbundel met ten minste 3-4 µm dikte. Anders is het signaal zal worden luidruchtig, zelfs met een 100 X lens, en het duurt meerdere punten testen met lawaai-eliminatie (ingesloten in LDV software) om de optimale detectie. Vanwege haar grote TCF kan de vaste-fixed beam, in vergelijking met andere kandidaten (cantilever stemvork en gratis-gratis beam), breed scala frequentie afstemming wanneer het wordt verwarmd. In deze studie gebruikten we de verwarming methode met polysilicium lagen als de ingesloten verwarmingsautomaten Joule.

Hoe te vermijden Stiction:

Stiction kan plaatsvinden tijdens de resonantie-operatie als gevolg van elektrostatisch opladen. Veel verschillende methoden hebben ingediend in de literatuur, zoals de ontwerpen van de balk met constante hoge stijfheid, coating het oppervlak met anti-stiction chemie en toepassen van hoge DC spanning in de omgekeerde richting. In tegenstelling met het oog op het oplossen van problemen presenteren we een alternatieve, eenvoudige techniek hier. Door het toepassen van een relatief hoge spanning lage frequentie (1 Hz) blokgolf signaal voor een korte tijd ()Figuur 1), de balken kunnen scheiden van elkaar en blijven resoneren. Deze oplossing kunt ontwerpen van een goedkope en elimineert de meer complexe oplossingen zoals anti-stiction coating.

Hoe te vermijden apparaatfout:

Relatief hoge dichtheid huidige stroomt in de balken vast-vast als gevolg van hogere spanning toepassing apparaatfout kan veroorzaken (gebroken of verbrande apparaten) (Figuur 2). Dit is voornamelijk te wijten aan komen niet overeen in thermische uitzetting constanten van verschillende lagen in de vaste-fixed beam13,14. Voorkom storing, moet de maximaal toelaatbare spanning voor elke verschillende vaste-fixed beam worden bestudeerd en gedefinieerd zorgvuldig, samen met de maximale frequentie bereik afstemmen. De maximaal toelaatbare spanning en stroomverbruik van lichtbundel naar lichtbundel varieert en is afhankelijk van het apparaat afmetingen13. De maximale toelaatbare spanning toegepast op de ingesloten verwarmingsautomaten voor de 68 µm lang balk in dit werk is tussen 6.3-7 V voordat het apparaat uitvalt.

Efficiënte karakterisering:

Een van de grootste uitdagingen van de netwerk analyzer methode is het verwijderen van parasitaire capacitances. De IC design tool wordt gebruikt om het uitzetten van de frequentie en fase respons van het gelijkwaardig circuit voor de 120 µm lang MEMS filters. De waarde van de piek tot piek S21 drastisch is gedaald van 6 dB tot 0,34 dB zelfs wanneer de parasitaire capaciteit verhoogd van 1 fF tot 20 fF, vergend een ontwerp van de versterker op de chip gepositioneerd naast de MEMS filters6,8.

In tegenstelling tot de netwerkanalyse biedt LDV vele voordelen in resonantie meting van de balken vast-vast. Allereerst, het elimineert de parasitaire capaciteit en hierdoor snelle prototyping en veel kleiner karakterisering van het apparaat (hoogfrequente apparaten). Bovendien biedt de LDV hogere modus karakterisering (Figuur 3), terwijl de netwerkanalyse beperkt is tot het karakteriseren van de eerste modus alleen. Dit biedt vele voordelen in verschillende onderzoeksgebieden zoals biosensor applicaties19.

Het afstellen van de Tuning-vermogen:

Tot de beste van onze kennis, werd afstemming van de tuning-mogelijkheid aangetoond voor de eerste keer in dit werk5. De extra lente verzachtend effect als gevolg van een toename van de toegepaste bias gelijkspanning tussen de twee aangrenzende balken biedt een stijging van 32% van de totale frequentie afstelling van bereik. Verhoging van de toegepaste DC spanning tussen de twee aangrenzende balken voegt extra voorjaar verzachten bovenop de verzachting van de Joule Verwarming, en dit resulteert in een grotere frequentie afstelling van bereik. De tuning bereik loopt op van 661 kHz tot 875 kHz wanneer de DC-spanning tussen de twee aangrenzende balken van 25 V tot en met 35 V (Figuur 4 stijgt). Deze functie is in de grote vraag in toepassingen zoals frequentie hoppen, signaal tracking en herconfigureerbare circuits van de ontvanger en de transceiver.

De MEMS-filters hebben de tekenen van enorme aandacht vooral voor draagbare biosensor applicaties2,3,20. De FEM wordt gebruikt voor het bestuderen van de hogere modus reacties. Volgens de eerste resultaten, de hogere modi kunnen bieden veel betere gevoeligheid (tot 46 keer verbetering ten opzichte van eerste modus) (Figuur 6), een zeer waardevolle en gewilde karakteristiek in het gebied van draagbare biosensor. Om deze reden, de opname van de hier gepresenteerde LDV-techniek wordt beschouwd als onvermijdelijk. Het meten van de resonantie van apparaten bij hogere modi vergt LDV betrokkenheid als gevolg van zijn vermogen van hogere modus detectie (Figuur 5). Deze indrukwekkende functionaliteit van de LDV, samen met de mogelijkheid van hogere gevoeligheid bij hogere modi, kan leiden tot biosensoren van de stand van de techniek met hoge gevoeligheid.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Wij hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door het US Army Research Laboratory, Adelphi, MD, USA, onder Grant W91ZLK-12-P-0447. De resonantie-metingen werden uitgevoerd met de hulp van Michael Stone en Anthony Brock. De meting van de thermische camera werd uitgevoerd met behulp van Damon Conover van de George Washington Universiteit.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Göktaş, H., Turner, K., Zaghloul, M. Enhancement in CMOS-MEMS Resonator for High Sensitive Temperature Sensing. IEEE Sensors J. 17, (3), 598-603 (2017).
  2. 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. 22, (12), 3028-3035 (2007).
  3. Lee, J., et al. Suspended microchannel resonators with piezoresistive sensors. Lab Chip. 11, (4), 645-651 (2011).
  4. Arash, H., Pourkamali, S. Fabrication and Characterization of MEMS-Based Resonant Organic Gas Sensors. IEEE Sensors J. 12, (6), 1958-1964 (2012).
  5. Göktaş, H., Zaghloul, M. Tuning In-Plane Fixed-Fixed Beam Resonators with Embedded Heater in CMOS Technology. IEEE Electron Device Lett. 36, (2), 189-191 (2015).
  6. Li, C. S., Hou, L. J., Li, S. S. Advanced CMOS-MEMS Resonator Platform. IEEE Electron Device Lett. 33, (2), 272-274 (2012).
  7. Li, M. H., Chen, W. C., Li, S. S. Mechanically Coupled CMOS-MEMS Free-Free Beam Resonator Arrays With Ehanced Power Handling Capability. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Control. 59, (3), 346-357 (2012).
  8. Lopez, J. L., et al. A CMOS-MEMS RF-Tunable Bandpass Filter Based on Two High-Q 22-MHz Polysilicon Clamped-Clamped Beam Resonators. IEEE Electron Device Lett. 30, (7), 718-720 (2009).
  9. Khine, L., Palaniapan, M. High-Q bulk-mode SOI square resonator with straight-beam anchors. J. Micromech. Microeng. 19, (1), (2009).
  10. Manca, N., et al. Programmable mechanical resonances in MEMS by localized joule heating of phase change materials. Adv. Mater. 25, (44), 6430-6435 (2013).
  11. Rúa, A., et al. Phase transition behavior in microcantilevers coated with M1-phase VO2 and M2-phase VO2:Cr thin films. J. Appl. Phys. 111, (10), 104502 (2012).
  12. Remtema, T., Lin, L. Active frequency tuning for micro resonators by localized thermal stressing effects. Sens. Actuators A, Phys. 91, (3), 326-332 (2001).
  13. Göktaş, H., Zaghloul, M. The Implementation of Low Power and Wide Tuning Range MEMS filters for Communication Applications. Radio Sci. 51, (10), 1636-1644 (2016).
  14. Göktaş, H., Zaghloul, M. The Novel Microhotplate: A Design Featuring Ultra High Temperature, Ultra Low Thermal Stress, Low Power Consumption and Small Response Time. Sensor Comm. (2013).
  15. Kushmerick, J. G., et al. The influence of coating structure on micromachine stiction. Tribol Lett. 10, (1), (2001).
  16. Kim, J. M., et al. Continuous anti-stiction coatings using self-assembled monolayers for gold microstructures. J. Micromech. Microeng. 12, (5), 688-695 (2002).
  17. Bhattacharya, E., et al. Effect of porous silicon formation on stiction in surface micromachined MEMS structures. Phys. Stat. Sol. (A). 202, (8), 1482-1486 (2005).
  18. Koppaka, S. B., Phinney, L. M. Release Processing Effects on Laser Repair of Stiction-Failed Microcantilevers. J. Microelectromech. Syst. 14, (2), 410-418 (2005).
  19. Ghatkesar, M. K., et al. Higher modes of vibration increase mass sensitivity in nanomechanical microcantilevers. Nanotechnology. 18, (44), 445502 (2007).
  20. Göktaş, H., Mona, Z. High Sensitivity CMOS Portable Biosensor with Flexible Microfluidic Integration. IEEE SENSORS. (2013).

Comments

1 Comment

  1. Amazing work.

    Reply
    Posted by: Onur Samet Y.
    February 20, 2018 - 8:51 AM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

Usage Statistics