МЭМС. Акселерометры и датчики давления

Содержание

Слайд 2

МЭМС – микроэлектромеханические системы – устройства, представляющие собой синтез микроэлектронных и микромеханических

МЭМС – микроэлектромеханические системы – устройства, представляющие собой синтез микроэлектронных и микромеханических
компонент.
 В Японии МЭМС-технологии называют микромашинами (Micromachines), а в Европе - микросистемными технологиями (MicroSystemTechnology).
Разновидности МЭМС:
Сенсоры – измерительный устройства
Актуаторы – исполнительные устройства
Размеры МЭМС:
Типичные размеры микромеханических элементов лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров, тогда как размеры кристалла МЭМС-микросхемы имеют размеры от 20 микрометров до одного миллиметра.

Слайд 3


Изготовление МЭМС:
МЭМС-устройства обычно изготавливают на кремниевой подложке с помощью технологии микрообработки, аналогично технологии

Изготовление МЭМС: МЭМС-устройства обычно изготавливают на кремниевой подложке с помощью технологии микрообработки,
изготовления однокристальных интегральных микросхем, методами:
Объёмная микрообработка
Поверхностная микрообработка
Материалы для производства МЭМС:
Монокристаллические
Поликристаллические
Аморфные

Слайд 4

Применение МЭМС:
Области применение МЭМС обширны: связь, системы подвижных зеркал для мультимедийных проекторов,

Применение МЭМС: Области применение МЭМС обширны: связь, системы подвижных зеркал для мультимедийных
микрофоны, гироскопы и акселерометры смартфонов и различных устройств, автомобилестроение, аэрокосмическое строение, робототехника, медицина..
МЭМС – повсюду!
К преимуществам МЭМС можно отнести:
Миниатюрность
Высокая функциональность
Надежность
Малое энергопотребление
Возможность интеграции электроники с механическими, оптическими и прочими узлами
Малый разброс параметров в пределах одной партии изделий
Высокая технологичность и повторяемость

Слайд 5

Рынок полупроводниковых приборов к 2011 году достиг ∼300 млрд. долл., то продажи

Рынок полупроводниковых приборов к 2011 году достиг ∼300 млрд. долл., то продажи
МЭМС-компонентов составили всего 10,2 млрд. долл.

Слайд 6

АКСЕЛЕРОМЕТР

Датчик движения, измеряющий линейное изменение ускорения:
Статическое - гравитационное
Переменное – вызванное ускорение или

АКСЕЛЕРОМЕТР Датчик движения, измеряющий линейное изменение ускорения: Статическое - гравитационное Переменное –
вибрация
Виды акселерометров:
Ёмкостные
Пьезоэлектрические
Пьезорезистивные
Туннельные
Эмиссионные
Основные характеристики акселерометра:
Рабочий диапазон частот
Диапазон измеряемых ускорений
Разрешающая способность

Слайд 7

а

ИМ

Корпус

Датчик

Общая схема акселерометра

k

R

F

х

а ИМ Корпус Датчик Общая схема акселерометра k R F х

Слайд 8

Резонансная частота

Добротность резонанса

Спектральная плотность смещения

Спектральная плотность силы термомеханического шума механического сопротивления

Соотношение спектральной

Резонансная частота Добротность резонанса Спектральная плотность смещения Спектральная плотность силы термомеханического шума
плотности мощностей сигнал/шум

Слайд 9

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (КОМПРЕССИОННЫЙ) АКСЕЛЕРОМЕТР

Преимущества:
миниатюрные (весом несколько десятых грамма),
низкочастотные (от сотых долей герца) и

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (КОМПРЕССИОННЫЙ) АКСЕЛЕРОМЕТР Преимущества: миниатюрные (весом несколько десятых грамма), низкочастотные (от сотых
высокочастотные (до нескольких мегагерц)
криогенные (до -196°С), высокотемпературные (до +1000°С)
не требуют электрического питания
Недостатки:
имеют невысокую чувствительность
Сложность калибровки и наличия компенсационных сил

Используемые материалы:
Кварц (SiO2), Керамика,  Титанат-цирконат сцинца (Pb(ZrxTi1−x)O3

Слайд 10

Основной принцип работы акселерометров на пьезоэлементах

При продольной деформации пьезоэлемента генерируемый в результате

Основной принцип работы акселерометров на пьезоэлементах При продольной деформации пьезоэлемента генерируемый в
прямого пьезоэффекта электрический заряд

Разность потенциалов на электродах электрически ненагруженного пьезоэлемента

gij-постоянная давления

Слайд 11

ЁМКОСТНОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Преимущества:
Отсутствие необходимости материалов со специальными свойствами
Высокая чувствительность
Стабильность при детектировании стат.ускорения
Малая потребляемая

ЁМКОСТНОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Преимущества: Отсутствие необходимости материалов со специальными свойствами Высокая чувствительность Стабильность
мощность
Температурная стабильность
Высокая надёжность
Недостатки:
Невысокая чувствительность
Требует электрического питания

Слайд 12

Основной принцип работы конденсаторных акселерометров

Основной принцип работы конденсаторных акселерометров

Слайд 13

Физические модели

Физические модели

Слайд 15

MEMS-акселерометр разработки Sandia Labs

MEMS-акселерометр разработки Sandia Labs

Слайд 16

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ

устройства, предназначенные для определения давления.
Виды датчиков:
Тензорезистивные
Ёмкостные
Основные характеристики датчиков:
Диапазон измерений давления
Рабочий диапазон

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ устройства, предназначенные для определения давления. Виды датчиков: Тензорезистивные Ёмкостные Основные
температур
Долговременный дрейф от Pmax
Выходной сигнал при максимальном давлении

Слайд 17

ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Датчики изготавливают на основе следующих материалов:
На основе объёмного кремния
На основе

ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Датчики изготавливают на основе следующих материалов: На основе объёмного
поликремния с двуокисью кремния
На основе КНС (кремний на сапфире)
На основе Кремния на диэлектрике (КНД)

Слайд 20

ЁМКОСТНОЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Виды:
Керамические преобразователи
Кремниевые ёмкостные первичные преобразователи
Преобразователи с упругой металлической мембраной

ЁМКОСТНОЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Виды: Керамические преобразователи Кремниевые ёмкостные первичные преобразователи Преобразователи с упругой металлической мембраной
Имя файла: МЭМС.-Акселерометры-и-датчики-давления.pptx
Количество просмотров: 38
Количество скачиваний: 0