Статья

Название статьи ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ МЕХАНИЧЕСКИ НАПРЯЖЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ
Автор М. А. Денисенко, А. С. Исаева
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.3.049.77
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-25-33
Аннотация В настоящее время на рынке инерциальных систем навигации и ориентации большое внимание уделяется реализации простых, компактных и недорогих решений. Это объясняется возникновением новых сфер применения: носимая электроника, игрушки, игровые консоли, фото- и видеотехника, дроны и роботизированные системы и др. Адаптация дорогостоящих прецизионных приборов (на лазерных, волоконно-оптических, поплавковых гироскопах) для малогабаритных объектов трудновыполнимая, а часто и невозможная задача. Наиболее перспективны для разнообразного широкого применения датчики на основе МЭМС-технологии. Массовое использование микромеханических датчиков (гироскопов и акселерометров) и систем на их основе за рубежом началось со сложных аэрокосмических и оборонных систем. Дальнейшее внедрение микромеханики в автомобильные системы безопасности, медицинские системы, мобильную связь и производство смартфонов, индустрию детских товаров и т.д. стало возможным в результате повышения технологичности производства МЭМС. Рассмотрена конструкция нового интегрального микромеханического сенсора линейных ускорений на основе туннельного эффекта для перспективных инерциальных систем навигации и ориентации малоразмерных подвижных объектов, а также для промышленных нужд; кратко описан метод построения с использованием операции самосборки на основе управляемой самоорганизации механически напряженных полупроводниковых слоев GaAs/InAs, который позволяет прецизионно контролировать формирование туннельного контакта с зазором порядка единиц нанометров. При этом обеспечивается высокая технологичность конструкции в том числе за счет возможности ее интегрального изготовления групповыми методами обработки с использованием стандартных технологических операций. Конструкция туннельного акселерометра была промоделирована в САПР ANSYS. Результаты математического моделирования удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным микромеханическим акселерометрам, и позволяют использовать их для дальнейшего развития структур такого типа. Полученные данные могут быть использованы в частности для расчета рекомендуемых параметров при разработке методик проектирования туннельных сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений и для разработки более точных моделей МЭМС-структур.

Скачать в PDF

Ключевые слова МЭМС; микромеханический акселерометр; дизайн; датчик; математическая модель.
Библиографический список 1. Berkeley S. Sensor & actuator center. – 2014 [Online]. Available: http://www-bsac.eecs.berkeley.edu/.
2. Konoplev B.G., Lysenko I.E. and Ezhova O.A. Evolution Criteria Fingers Hardness Electrode MEMS Comb Converters // Bioscience. Biotechnology research Asia. – 2015. – Vol. 12,
No. 3.
3. Yuanfeng Zhang, Chupeng Lei, Woo Soo Kim. Design optimized membrane-based flexible paper accelerometer with silver nano ink. // Applied Physics Letters 103, 073304 (2013). Doi: 10.1063/1.4818734. – P. 073304-1–073304-3.
4. Hierold C. From micro- to nanosystems: mechanical sensors go nano // Christofer Hierold 2004 J. Micromech. Microeng. 14, S1. – P. S1-S11.
5. Dao D.V., Nakamura K., Bui T.T., Sugiyama S. Micro/nano-mechanical sensors and actuators based on SOI-MEMS technology // Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2010, 1 013001.
– P. 1-10.
6. Konoplev B.G., Pristupchik N.K., Ryndin E.A. A Simulation Method for Displacement Transducers Based on the Tunnelling Effect // Vestnik Yuzhnogo Nauchnogo Tsentra. – 2012.
– No. 8 (4). – P. 20-26, (In Russian).
7. Boyden E., El Rifai O., Hubert B., Karpman M., Roberts D. A High-Performance Tunneling Accelerometer. MIT Term Project Paper 6.777, Introduction to Microelectromechanical Systems, Spring 1999.
8. Bustillo J.M., Howe R.T., Muller R.S. Surface Micromachining for Microelectromechanical Systems // Proceedings of the IEEE. – August 1998. – Vol. 86, No. 8. – P. 1552-1574.
9. Dong H., Jiaa Y., Haoa Y., Shenb S. A Novel out-of-plane MEMS Tunneling Accelerometer // Sensors and Actuators A 120. – 2005. – P. 360-364.
10. Prinz V.Ya. Precise semiconductor nanotubes and nanoshells fabricated on (110) and (111) Si and GaAs // Physica E. – 2004. – Vol. 23. – P. 260-268.
11. Denisenko M.A., Konoplev B.G., Isaeva A.S., Lysenko I.E. Integrated Micro-Mechanical Tunneling Accelerometer // J. Pharm. Sci. & Res. – 2017. – Vol. 9 (10). – P. 2155-2158.
12. Bernardi A., Goni A.R., Alonso M.I., Alsina F., Scheel H., Vaccaro P.O. and Saito N. Probing residual strain in InGaAs/GaAs micro-origami tubes by micro-Raman spectroscopy // J. Appl. Phys. 99, 063512 (2006). Ddoi: 10.1063/1.2183353. – P. 063512-1–063512-6.
13. Chun I.S., Bassett K., Challa A., Li X. Tuning the photoluminescence characteristics with curvature for rolled-up GaAs quantum well microtubes // Applied Physics Letters. 96, 251106, 2010. – P. 251106-1–251106-3.
14. Chun I.S., Li X. Controlled Assembly and Dispersion of Strain-Induced InGaAs/GaAs Nanotubes // IEEE Transactions on Nanotechnology. – July 2008. – Vol. 7, No. 4. – P. 493-459.
15. Prinz A.V., Prinz V.Ya., Seleznev V.A. Semiconductor micro- and nanoneedles for microinjections and ink-jet printing // Microelectronic Engineering. 67–68 (2003). – P. 782-788.
16. Nikishkov G.P. Curvature estimation for multilayer hinged structures with initial strains // Journal of Applied Physics. – 2003. – Vol. 94 (8). – P. 5333-5336.
17. Tsui Y.C., Clyne T.W. An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings. Part 2: Cylindrical geometry // Thin Solid Films. – 1997. – Vol. 306.
– P. 34-51.
18. Ryndin E.A., Pristupchik N.K. Integrated Micromechanical Tunneling Accelerometer Based on Driven Self-Assembly of Strained GaAs/InAs Layers // Izvestiya SFEDU. Engineering Sciences. – 2009. – No. 01. – P. 129-134.
19. Konoplev B., Lysenko I., Ryndin E., Ezhova O., Bondarev F. Research of the micromechanical three-axis accelerometer // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 102241B (2016). Doi: 10.1117/12.2266766.
20. Konoplev B., Ryndin E., Lysenko I., Denisenko M., Isaeva A. Highly sensitive devices for primary signal processing of the micromechanical capacitive transducers // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 102241E (2016). Doi: 10.1117/12.2266562.

Comments are closed.