Author Produced

Tasarım ve karakterizasyon yöntemleri verimli geniş sıra Tunable MEMS filtreler için

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

Tuning, tuning yeteneklilik ve kaçınma aygıt hatası ve stiction, değişiklik frekans ölçümü de dahil olmak üzere bir lazer Doppler vibrometer (LDV), kullanarak sabit-sabit ışın dizaynı için bir protokol sunulmuştur. LDV yöntemi ağ Çözümleyicisi üzerinde üstünlüğü nedeniyle daha yüksek modu kapasitesini gösterilmiştir.

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

Burada, biz göstermek lazer Doppler vibrometer (LDV) avantajları geleneksel teknikleri (ağ Çözümleyicisi) yanı sıra bir uygulama tabanlı mikroelektromekanik sistemler (MEMS) filtresi ve nasıl verimli bir şekilde kullanmak () oluşturmak için teknikler Yani, ayarlama yeteneği ayarlama ve başarısızlık ve stiction kaçınarak). LDV daha yüksek modu algılama (son derece hassas Biyoalgılayıcı uygulaması) ve rezonans ölçüm için çok küçük cihazlar (hızlı prototipleme) gibi ağ çözümleyicisi ile imkansız çok önemli ölçümleri sağlar. Buna göre LDV frekans ayar aralığı ve bu çalışma için inşa MEMS filtreleri farklı mod frekansta rezonans karakterize etmek için kullanıldı. Bu geniş frekans ayarlama mekanizması sadece katıştırılmış ısıtıcılar ve nispeten yüksek termal stres ile ilgili bir sabit-sabit ışın sıcaklığını Isıtma Joule temel alır. Ancak, bu yöntemin başka sınırlama belgili tanımlık aygıt-ebilmek yanmak elde edilen yüksek termal stres, olduğunu göstermektedir. Daha fazla iyileşme elde ve ayarlama becerisini iki bitişik kirişler arasında uygulanan DC önyargı voltaj (25 V 35 V) bir artış ile 32 oranında artış olmuştur öyle ki bu çalışmada ilk kez gösterilen. Bu önemli bulgu daha geniş frekans ayar aralığı Isıtma ilave Joule gereksinimini ortadan kaldırır. Başka bir olası stiction ve yapısını en iyi duruma getirme gerekliliğini başarısızlıktır: basit ve kolay tekniği başarıyla kirişler ayırabilirsiniz ve daha ortadan kaldırır düşük frekans kare dalga sinyali uygulamanın önerdiğimiz literatürde verilen gelişmiş ve karmaşık yöntemler. Yukarıdaki bulgular bir tasarım metodolojisi gerektirebilir ve bu yüzden de bir uygulama tabanlı tasarım sağlar.

Introduction

MEMS filtreleri nedeniyle onların yüksek güvenilirlik, düşük güç tüketimi, kompakt tasarımı, yüksek kalite faktörü ve düşük maliyet için büyüyen bir talep vardır. Bunlar yaygın olarak sensörleri ve kablosuz iletişim çekirdek bölümleri olarak kullanılır. Sıcaklık sensörleri1, biyo-sensörler2,3, gaz-sensörler4, filtreler5,6,7ve osilatörler en popüler uygulama alanları vardır. En popüler Elektrostatik MEMS filtreleri olan sabit-sabit ışın5,8, konsol2, tuning çatal6, ücretsiz-ücretsiz ışın6,7, bükülme disk tasarım7, ve kare şekli tasarım9.

Tasarım Metodolojisi (yapı uygulama tabanlı en iyi duruma getirme, geniş frekans ayarlama aralığı ve hataları önleme) ve karakterizasyonu (hızlı prototipleme paraziter kaçınarak, gibi bir MEMS filtre fark birçok kritik adım vardır capacitances ve saptamak daha yüksek modları). Yeteneği ayarlama frekans frekans değişiklikleri imalat toleransları veya ortam sıcaklığı farklılıklar nedeniyle telafi etmek için gereklidir. Farklı teknikler10,11,12 bu gereksinime yönelik olarak literatürde rapor; Ancak, sınırlı frekans ayarlama yeteneği, düşük Merkezi frekans, ek post işleme gereksinimleri ve dış ısıtıcı10,11gibi bazı dezavantajları var.

Bu çalışmada biz mevcut geniş frekans Joule tarafından ayarlama ayarlama aralığı bir elastik modül ile sınırlı bir frekans üzerinde yöntem5,13 Isıtma (DC önyargı voltaj iki bitişik kirişler arasında artan)12 değiştirmek ve bir malzeme faz geçiş yöntemi10,11. Ayrıca, en uygun yapısı seçimi ve uygulama tabanlı tasarım Göktaş ve Zaglul13' te özetlenebilir. İşte, katıştırılmış ısıtıcı yardımıyla LDV, uygulanan DC gerilimi artırarak bir sabit-sabit ışını rezonans frekansını ayarlamak nasıl göstermektedir. Sonlu elemanlar analizi (FEM) simülasyon LDV ölçüm ayarlama mekanizması görselleştirme uğruna aynı çerçevede eşitlenir. Bu Isıtma ve ışın boyunca profil bükme Joule içerir.

Biz de olası hataları (yanmış aygıtlar ve stiction) ve önerilen çözümleri sunuyoruz. Yöntem yüksek termal stres ile birlikte sabit-sabit ışının Isıtma Joule geniş frekans ayarlama sağlar ama aynı zamanda belirli bir sıcaklık düzeyde yanmış cihazlar neden olabilir. Bu farklı malzeme14arasında yüksek termal stres atfedilir. Hangi sırayla ayar aralığı (%32) artırır ve yüksek sıcaklık ortadan kaldırır iki bitişik kirişler arasında DC gerilimi artırmak için çözümdür. Bu "ayarlama ayarlama aralığı" yöntemi ilk Göktaş ve Zaglul5' te gösterilen, Göktaş ve Zaglul13' te daha ayrıntılı olarak açıklandığı ve burada yeniden sunulan. Stiction, öte yandan, üretim süreci veya rezonans işlemi sırasında yer alabilir. Birçok teknik yüzey kaplama yapışma enerji15,16, artan yüzey pürüzlülüğü17ve lazer onarım süreci18azaltmak için uygulama gibi bu sorunu çözmek için önerilen oldu. Buna ek olarak, biz nerede düşük frekans kare dalga sinyali arasında iki ekli kiriş uygulandı ve ayırma başarıyla LDV tarafından kaydedildi basit bir teknik mevcut. Bu yöntem ortadan kaldırabilir ekstra maliyet ve tasarım karmaşıklığı azaltmak.

Bir sanat devlet MEMS filtre binada başka bir önemli adım karakterizasyonu ve doğrulama gereğidir. Bir ağ çözümleyicisi ile karakterizasyonu en popüler ve yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir; Bununla birlikte, bunun bazı dezavantajları vardır. Hatta küçük parazit kapasite sinyal öldürebilir ve bu genellikle gürültü eleme için bir amplifikatör devre3,6,8 gerektirir ve bu sadece ilk modu rezonans algılayabilir. Öte yandan, karakterizasyonu LDV ile bu parazit kapasitans sorundan ücretsizdir ve çok daha küçük deplasman algılayabilir. Bu hızlı prototipleme, ayrıcılıklarına olan gereksinimi amplifikatör tasarım sağlar. Ayrıca, LDV MEMS filtre daha yüksek modu rezonans algılayabilir. Bu özellik çok umut verici, son derece hassas biyosensörler alanında özellikle. Daha yüksek bir konsol modu çok daha fazla duyarlılık19sağlayabilir. Bir sabit-sabit ışın LDV ile daha yüksek modu ölçümü gösterildiği ve FEM simülasyon ölçüm için uygulanmıştır. FEM simülasyon erken sonuçlarından en çok 46 kez iyileştirme sabit-sabit ışın ilk moduna göre duyarlılık sunuyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. seçme ve Optimum bir yapısını tasarlama

  1. Geniş frekans ayarlama için sabit-sabit ışın seçin (diğer adaylara göre bu frekans (TCF) ve ihmal edilebilir termal genleşme sürekli onun büyük sıcaklık katsayısı nedeniyle ısıtıldığında geniş ayarlama sağlar).
  2. Amaç verimlilik iyileştirme ayarlama, daha uzun bir ışın tasarlayın. Amaç frekans atlamalı veya sinyal izleme uygulamaları ise daha kısa bir ışın tasarlayın.

2. modelleme ve Tamamlayıcı Metal oksit yarı iletkeni (CMOS) içinde imalat

  1. Tasarım ve 3D model MEMS Filtresi için FEM tabanlı bir programda oluşturun.
  2. Bir tümleşik devre (IC) tasarım aracı, katman katman gds dosyası oluşturmak için aynı düzende yeniden.
  3. Gds Resimi (biz CMOS 0.6 µm teknoloji kullanılan) imalat için CMOS döküm gönderin.
  4. CMOS işlemi tamamlandıktan sonra Post-processing ile devam (Not fişleri polysilikon, alüminyum ve oksit Katmanlar olmalıdır).
    1. CHF3/O2 kuru kuralları etch işlem İndüktif eşleşmiş plazma (ICP) yolu ile sistem etch. Alüminyum katmanlar arasında SiO2 etch ve kirişler 5,7 oranında oluştururlar. Bu işlem için aşağıdaki parametreleri kullanın: CHF3 40 sccm, O2 5 sccm adlı, basıncı 0,5 Pa, 500 W gücünde ICP ve örnek güç 100 W ile 56 min Toplam etch zaman.
    2. XeF uygulamak2 etch kirişler altında 9 µm derinliği boşluğu oluşturmak için silikon substrat sürecinde. Bu işlem için 60 s/döngüsü için 3T, adlı 3 kür için sistem aşındırma XeF2 kullanın.
  5. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) düzgün cihazlarında emin olmak için aygıtlarla karakterize. Bu adımda, gerilim 2,58 için hızlandırılması ışın değiştirmek kV ve 9,5 mm çalışma mesafesi.

3. cihaz test

Not: Cihaz test test ve frekans yanıtı testi Isıtma Joule dahil olmak üzere birçok adımlardan oluşur.

  1. Katıştırılmış ısıtıcılar için termal kamera testi
    1. Termal kamerayı çip üzerine yerleştirin ve belgili tanımlık ışık ısı sağlamak için gömülü ısıtıcılar sınayın.
    2. Küçük parça paket güç kaynağını bağlayın ve 5,7 V kiriş boyunca sıcaklığı artırmak için küçük artışlarla için 0 V ısıtıcılar katıştırılmış bir DC gerilim uygulayın.
    3. Sıcaklık profil boyunca küçük parça paket Termal Kamera ile Isıtma işlemi sırasında kayıt. Bir sayısal bilgisayar programında sağlamaları ve Isıtma profil çiz.
  2. LDV ve test Kur ayarlama
    1. Lazer 120 µm uzun kirişler üzerine getirin.
    2. Hem 7 V DC uygulamak için iki 120 µm uzun kiriş ve 3 V AC gerilimi rezonans işlemi arasında güç kaynağını bağlayın. Ek bir DC önyargı voltaj 5,7 V kirişler için rezonans işlemi sırasında Isıtma Joule uygulamak için fazla katıştırılmış Isıtma cihazları bağlayın.
    3. Lazer ışını bir düşük gürültü lazer yansıma almak için farklı bir noktaya taşıyın. Gürültü azaltmak için mavi çubuğun yoğunluğunu artırmak emin olun.
    4. Ekran ayarlama ve ölçüm Kur'u başlatmak için birden çok görünüm bölün.
    5. Satın alma ayarları'na gidin, FFT için ölçüm modunu ayarlamak, değil herhangi bir filtre kullanın ve 2 MHz bant genişliği ayarla.
    6. O-ebilmek çekmek 2.5 MHz maksimum frekans hızı değiştirin.
    7. Periyodik cıvıltı dalga formu kullanın.
      Not: Burada, genlik AC gerilimi anlamına gelir ve ofset DC gerilim için duruyor.
    8. Ölçüm bu yeni kuruluma başlayın.
    9. Satın alma ayarlarını 1 V DC gerilimi değiştirerek güncelleştirin.
    10. Başv1 kırmızı alarm (sinyal gürültülü anlamına gelir) gösterdiğinde uygulanan önyargı voltaj satın alma ayarları penceresinde azaltın.
    11. Lazer ışını sinyal-gürültü oranı daha da artırmak için farklı bir noktaya taşıyın. Zaman zaman, kırmızı alarm titreşim çubuğunda neden kiriş üzerindeki kötü noktalar olabilir; Bu durumda, için iyi bir yer aramaya devam edin.
  3. 68 µm uzun MEMS filtreleri LDV üzerinden test
    1. Test için 68 µm uzun MEMS filtreyi seçin.
    2. 25 V DC gerilimi ve 5 V AC gerilim iki 68 µm uzun bitişik kirişler arasında birlikte uygulanır. Burada, bükme DC gerilimi sağlar ve AC gerilimi rezonans işlemi sağlar.
    3. 68 µm uzun ışını yerleştirilen katıştırılmış ısıtıcılar ek bir DC gerilim uygulamak ve 0 V gerilim 5,7 V küçük artışlarla için artırın. Bu frekans Joule üzerinde dayanan ayarlama Isıtma sağlar.
    4. Gözlemlemek ve rezonans frekans ve faz yanıtı ile ilgili uygulamalı önyargı voltaj her adımda kayıt ve bir tablodaki sonuçları özetlemek. Katıştırılmış ısıtıcı 5.7 V DC gerilim uygulandığında, bu örnek için toplam frekans ayarlama civarında 874 kHz işte.
      Not: Simülasyonları (sağ tarafta) ve (sol tarafta) gerçek ölçüm eşitlenir.
  4. Daha yüksek modları ölçüm
    1. Bölüm 3.2 gösterdi satın alma ayarları penceresine gitmek için A/D düğmeye ve o-ebilmek çekmek çok yüksek frekanslarda hızı değiştirin.
    2. İlk ve ikinci modu onların faz ile ölçmek.
      Not: Birincil rezonans deplasman modu-1 için Y yönde ve modu-2 (yani doğru mikroskop) Z yönde içindir.

4. kaçınarak aygıt hatası

  1. Düşük frekans kare dalga sinyali uygulama stiction çözmek için
    1. Elektrostatik iki bitişik kirişler arasında şarj üzerinden sonuç stiction sorunu çözmek için 1 Hz kare dalga sinyali uygulanır.
    2. Mahsup kutusuna git ve DC gerilimi 1 V AC gerilim tutarken V, 1'e ayarlayın.
    3. Frekans kutusuna gidin ve sıklığını ayarlamak için 1 Hz.
    4. Etkinleştirmek ve bu yeni kurulum kirişler üzerinde uygulayın.
    5. Belgili tanımlık ışık ayrılması gözlemlemek.
  2. Yüksek termal stres ve yanma
    1. İlave bir örnek termal stres testi için kullanın.
    2. Katıştırılmış ısıtıcı üzerinde uygulanan önyargı voltaj cihaz yüksek termal stres nedeniyle başarısız olmadan önce en fazla izin verilen gerilim bulmak için küçük artışlarla artırmak.

5. ayarlama becerisini artırılması

  1. 25 V DC gerilimi ve 5 V AC gerilim birlikte uygulanan önyargı voltaj 0 V toplam 661 kHz frekans kayması için katıştırılmış ısıtıcı için 5,7 V, üzerinde artırırken iki 68 µm bitişik kirişler arasında geçerlidir.
  2. Ek baharın etkisi ise 1 V AC gerilim uygulayarak ve katıştırılmış ısıtıcılar aynı önyargı voltaj Kur tutmak iki 68 µm uzun bitişik kirişler arasında yumuşama eklemek için 35 V 25 V uygulanan önyargı voltajı yükseltin.
  3. 875 etkisi yumuşatma ek bu bahar geliyor kHz 661 kHz artırması gerektiğini % 32 iyileştirme toplam Frekans kayma kaydedin.
    Not: bizim bilgi en iyi şekilde, MEMS rezonatörler ayarlama becerisini değişen Bu eser ilk kez elde edildi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Stiction düşük frekans kare dalga sinyali uygulayarak kaçınılması ve bu LDV (şekil 1) kullanılarak doğrulandı. Olası hatası nedeniyle nispeten yüksek önyargı DC gerilim için katıştırılmış ısıtıcılar uygularken yüksek termal stres14 mikroskop altında (Şekil 2) doğrulandı. Kiriş (şekil 3) için daha yüksek modları türetmek için FEM programı kullanılmışsa. İki bitişik kirişler arasında DC önyargı voltaj (25 V 35 V) değiştirerek ayarlama becerisini (% 32 artış) değiştirme LDV (şekil 4) yardımı ile bu iş5 ilk kez gösterilmiştir. LDV üzerinden yüksek modu yanıt-e doğru ölçme yeteneğine başarıyla sunuldu ve sonuçları FEM simülasyon ile karşılaştırıldı. 5inci modunun her ışın üzerinde birden çok nokta ölçerek LDV ile ölçüldü. Mükemmel uyumlu FEM simülasyon (şekil 5) ile ölçülen modu şekli. 1 bir pg kitle MEMS filtre bağlandığında Ayrıca, frekans düzelme 46 kez kadar ÜSTKRKT ile ilgili ilk modu tarafından FEM gösterilmiştir. Bu umut verici sonuçlar LDV (şekil 6) yeteneği okuma yüksek tarz ile kombine edildiğinde çok daha duyarlı bir Biyoalgılayıcı sağlayacaktır.

Figure 1
Resim 1 : MEMS filtreler arasında Stiction. Stiction gerçekleşti 55 = T s, T serbest bırakılması kiriş 57 = düşük frekans kare dalga sinyali uygulandıktan sonra s. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : MEMS filtreleri yanma. yüksek DC gerilim uygulandıktan sonra katıştırılmış ısıtıcılar (c) 240 µm uzun MEMS süzgeçlerle yüksek DC gerilim uygulandıktan sonra katıştırılmış ısıtıcılar (b) 200 µm uzun MEMS süzgeçlerle yüksek DC gerilim uygulanmadan önce (bir) 200 µm uzun MEMS filtreleri Katıştırılmış ısıtıcılar için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 : Mod şekilleri. Daha yüksek modları (Mod-9 Mode-1), kiriş Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 : Ayarlama becerisini ayarlama. Frekans tepkisi farklı bir fonksiyonu olarak uygulanan önyargı voltaj 68 µm uzun MEMS filtreleri (bir) katıştırılmış ısıtıcılar üzerinde ne zaman Vdc = 25 V ve Vac = 5 V ve (b) ne zaman Vdc = 35 V ve Vac = 1 V. lütfen tıklayınız bu figur daha büyük bir sürümünü görüntülemek için e.

Figure 5
Şekil 5 : Yüksek modu ölçüm. L (bir) ölçülen yüksek modu yanıt 152 µm uzun MEMS filtreleri =. (b) FEM simülasyon sonuçları ile aynı tarz şekil. (c) ölçülen yüksek modu yanıt L için 152 µm uzun MEMS filtreleri farklı frekanslarda =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6 : Farklı mod ve beklenen performanslarını. (bir) normalleştirilmiş frekans kayması MEMS filtreye bağlı 1 pg kütle ile ilk modu ile ilgili olarak. (b) karşılaştırma ölçüm ve daha yüksek modu yanıt için Coventor simülasyonu 152 arasında µm uzun MEMS filtre. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

MEMS filtreleri binada önemli adımlardan birini uygulama alana dayalı aygıt tasarlamaktır. Işın için daha ince veya daha uzun olması daha iyi verimlilik (ppm/mW), ama daha kısa veya daha ince frekans atlamalı veya sinyal izleme uygulamaları için ayarlama. Aynı şekilde, net sinyal algılama LDV üzerinden en az 3-4 µm kalınlık ile ışın tasarlamak iyidir bu yüzden test aygıtı önemlidir. Aksi takdirde sinyal gürültülü olacak, hatta 100 X mercek ve birden çok nokta (LDV yazılım gömülü) gürültü eleme optimum algılama elde etmek için test alır. Onun büyük TCF nedeniyle (konsol, tuning çatal ve ücretsiz-ücretsiz ışın), diğer adaylara göre sabit-sabit ışın sıcak zaman geniş frekans ayarlama sağlar. Bu çalışmada biz polysilikon katmanları katıştırılmış ısıtıcılar olarak yöntemiyle Isıtma Joule kullanılır.

Nasıl Stiction önlemek için:

Stiction Elektrostatik şarj nedeniyle rezonans işlemi sırasında gerçekleşebilir. Birçok farklı yöntem ile yüksek sertlik sabit ışın tasarlama, anti-stiction kimya ile yüzey kaplama ve yüksek DC gerilim ters yönde uygulamak gibi edebiyat, sunulmuştur. Buna ek olarak, sorun giderme amacıyla, biz bir alternatif, kolay teknik burada mevcut. ()Şekil 1kısa bir süre için nispeten yüksek gerilim düşük frekans (1 Hz) kare dalga sinyali uygulayarak), kiriş birbirinden ayırmak ve yankı devam. Bu çözüm bir düşük maliyetli tasarımı'nı etkinleştirir ve anti-stiction kaplama gibi daha karmaşık çözümler ortadan kaldırır.

Nasıl aygıt hatası önlemek için:

Nispeten yüksek yoğunluk nedeniyle daha yüksek gerilim uygulama sabit-sabit kiriş boyunca akan geçerli aygıt hatası neden olabilir (kırık veya yanmış aygıtları) (Şekil 2). Bu olduğunu özellikle termal genleşme sabitler sabit-sabit farklı katmanlarda uyuşmazlığı nedeniyle ışınla13,14. Hatalarını önlemek için her farklı sabit-sabit ışın için maksimum izin verilen gerilim okudu ve dikkatle, ayarlama aralığı en yüksek frekans ile birlikte tanımlanan. İzin verilen maksimum gerilim ve güç tüketimi ışın demeti değişir ve cihaz boyutları13tarihinde bağlıdır. 6.3-7 V aygıt hatasından önce katıştırılmış ısıtıcılar 68 µm uzun ışını bu iş için uygulanan en fazla izin verilen gerilim arasındadır.

Verimli karakterizasyonu:

Ağ Çözümleyicisi yönteminin en büyük zorluklardan biri parazit capacitances ortadan kaldırmaktır. IC tasarım aracı frekans ve faz yanıtı 120 µm uzun MEMS filtreler için eşdeğer devrenin çizmek için kullanılır. S21 tepe-tepe değeri önemli ölçüde azalmıştır 6 dB 0,34 dB için bile paraziter kapasite 1 arttı zaman 20 fF fF, MEMS yanında konumlandırılmış bir üstünde-küçük parça amplifikatör tasarım gerektiren filtreler6,8.

Ağ Çözümleyicisi aksine LDV sabit-sabit ışını rezonans ölçüm birçok avantaj sunar. İlk olarak, parazitik kapasite ortadan kaldırır ve bu hızlı prototipleme ve çok daha küçük aygıt (yüksek frekans aygıtları) karakterizasyonu sağlar. Ayrıca, ağ çözümleyicisi yalnızca ilk modu karakterize için sınırlı olmakla birlikte LDV daha yüksek modu karakterizasyonu (şekil 3) sunuyor. Bu farklı araştırma alanlarda Biyoalgılayıcı uygulamaları19gibi birçok avantaj sağlar.

Nasıl ayarlama özelliği ayarlamak:

Bizim bilgi en iyi şekilde ayarlama yeteneği ayarlama bu iş5ilk kez gösterilmiştir. İki bitişik kirişler arasında uygulanan DC önyargı voltaj artışı nedeniyle etkin yumuşatma ek bahar toplam frekans ayarlama aralığı % 32 artış sağlar. İki bitişik kirişler arasında uygulanan DC gerilimi artan ek bahar Isıtma Joule yumuşama üstüne yumuşatma ekler ve bu daha geniş bir frekans ayarlama aralığı sonuç. İki bitişik kirişler arasında DC gerilimi 25 V 35 V (şekil 4) arttıkça ayar aralığı 661 kHz 875 kHz ile artar. Bu özellik frekans atlamalı, sinyal izleme ve reconfigurable alıcı ve alıcı-verici devreler gibi uygulamalarda büyük talep var.

MEMS filtreleri büyük ilgiye özellikle taşınabilir Biyoalgılayıcı uygulamaları2,3,20resim çizme. FEM daha yüksek modu yanıt-e doğru incelemek için kullanılır. İlk sonuçlara göre çok daha iyi duyarlılık (ilk moda göre en çok 46 kez iyileşme) daha yüksek modları sağlayabilir (şekil 6), taşınabilir Biyoalgılayıcı alanında son derece değerli ve aranan karakteristik. Bu nedenle, burada sunulan LDV tekniği alımını kaçınılmaz olarak kabul edilir. Aygıt vasıl yüksek modları rezonans ölçme yeteneği nedeniyle LDV tutulumu daha yüksek modu algılama (şekil 5) gerektirir. LDV olasılığını daha yüksek hassasiyet, yüksek modları, birlikte bu etkileyici yeteneğini yüksek hassasiyet ile sanatın devlet biyosensörler için neden olabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

İfşa etmek yok.

Acknowledgments

Bu eser ABD Ordu Araştırma Laboratuvarı, Adelphi, MD, ABD, Grant W91ZLK-12-P-0447 altında tarafından desteklenmiştir. Rezonans ölçümleri Michael Stone ve Anthony Brock yardımıyla yapılmıştır. Termal Kamera ölçüm George Washington Üniversitesi'nden Damon Conover yardımıyla yapılmıştır.

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