Микроэлектромеханические системы

Содержание

Слайд 2

Что такое МЭМС?

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) – это системы, включающие в себя взаимосвязанные

Что такое МЭМС? Микроэлектромеханические системы (МЭМС) – это системы, включающие в себя
механические и электрические компоненты микронных размеров.

Трехосевой
акселерометр

Электрический
микродвигатель

Слайд 3

Что такое МЭМС?

Электроника

МЭМС =

+ Микромеханика

Что такое МЭМС? Электроника МЭМС = + Микромеханика

Слайд 4

История создания

1958 г. - первые прототипы интегральных схем (ИС);
1960 г. - мелкосерийный

История создания 1958 г. - первые прототипы интегральных схем (ИС); 1960 г.
выпуск ИС;
1974 г. - промышленный выпуск тензодатчиков на основе кремния (National Semiconductors);
1982 г. - термин микрообработка (micromachining) используется для описания процессов изготовления механических подсистем (диафрагм и микробалок);
1986 г. - в одном из отчетов министерства обороны США был впервые использован термин “микроэлектромеханические системы” (МЭМС);

Слайд 5

Способы изготовления

Изготовление МЭМС

Объемная микрообработка
(bulk micromachining)
Субтрактиный подход – от целого отсекаем лишнее (как

Способы изготовления Изготовление МЭМС Объемная микрообработка (bulk micromachining) Субтрактиный подход – от
изготовление статуи)

Поверхностная
микрообработка
(surface micromachining)
Аддитивный подход – строим целое из кирпичиков
(как строительство дома)

Слайд 6

Объемная микрообработка


Микрозахват (microgripper)

Микрокантилеверы

Это процесс, идущий от поверхности материала-основы вглубь, при которой

Объемная микрообработка Микрозахват (microgripper) Микрокантилеверы Это процесс, идущий от поверхности материала-основы вглубь,
травлением последовательно удаляются ненужные участки этого материала, в результате чего остаются механические структуры необходимой формы.

Слайд 7

Объемная микрообработка


Si

SiO2

Si

SiO2

Si

SiO2

Si

Фоторезист

SiO2

Si

Отжиг

Литография

RIE

XeF2

Объемная микрообработка Si SiO2 Si SiO2 Si SiO2 Si Фоторезист SiO2 Si Отжиг Литография RIE XeF2

Слайд 8

Поверхностная микрообработка


Система зубчатой передачи

Элемент тепловизионной матрицы

Это процесс, заключающийся последовательных циклах

Поверхностная микрообработка Система зубчатой передачи Элемент тепловизионной матрицы Это процесс, заключающийся последовательных
нанесение тонких слоев материала, которые затем с помощью литографии и последующего травления приобретает необходимую геометрическую форму

Слайд 9

Поверхностная микрообработка


Поверхностная микрообработка

Слайд 10

Обобщенная схема изготовления МЭМС


Обобщенная схема изготовления МЭМС

Слайд 11

Применение МЭМС


Исполнительные механизмы (актуаторы):
Микродвигатели;
Микрозахваты;
Микрозеркала;

Датчики:
Акселерометры;
Гироскопы;
Магнетометры;
Датчики давления
расходометры

Области применения:
1. МЭМС-компоненты для высокочастотной

Применение МЭМС Исполнительные механизмы (актуаторы): Микродвигатели; Микрозахваты; Микрозеркала; Датчики: Акселерометры; Гироскопы; Магнетометры;
электроники (RF MEMS);
2. Датчики на основе сил инерции;
3. Акустические и ультразвуковые МЭМС, датчики давления;
4. Оптические МЭМС;
5. Биомедицинские МЭМС;
6. Микроманипуляторы.

Слайд 12

Высокочастотные МЭМС ключи

Земля

Земля

Сигнал

h0

Земля

Земля

S

Вид сбоку

Вид сверху

 

F1

F2

V

 

 

 

 

V’ = 0

 

 

V

 

Высокочастотные МЭМС ключи Земля Земля Сигнал h0 Земля Земля S Вид сбоку

Слайд 13

Высокочастотные МЭМС ключи

Vкр= 30-50В

Высокочастотные МЭМС ключи Vкр= 30-50В

Слайд 14

Датчик давления на основе МЭМС

Датчики давления пьезорезистивного типа

Датчики давления емкостного

Датчик давления на основе МЭМС Датчики давления пьезорезистивного типа Датчики давления емкостного
типа

P1

P2

 

F1

F2

 

h

 

 

 

Слайд 15

Акселерометры и гироскопы

 

 

 

 

 

F1

F2

 

Акселерометры и гироскопы F1 F2

Слайд 16

Акселерометры и гироскопы

Акселерометры и гироскопы

Слайд 17

Оптические МЭМС

Элементы МОЭМС: зеркала, призмы, линзы

Электростатически управляемое микрозеркало

Оптические МЭМС Элементы МОЭМС: зеркала, призмы, линзы Электростатически управляемое микрозеркало

Слайд 18

Оптические МЭМС: DLP

Устройство отклоняющих зеркал

Красной стрелкой показан путь луча света от лампы

Оптические МЭМС: DLP Устройство отклоняющих зеркал Красной стрелкой показан путь луча света
к матрице, через диск светофильтров, зеркало и линзу. Далее луч отражается либо в объектив (жёлтая стрелка), либо на радиатор (синяя стрелка).

DLP (Digital Light Processing) - технология, используемая во многих проекторах

Слайд 19

Оптические МЭМС: микроболометры

Инфракрасное излучение пройдя сквозь систему линз попадает на поглощающий элемент,

Оптические МЭМС: микроболометры Инфракрасное излучение пройдя сквозь систему линз попадает на поглощающий
нагревая его. Рядом с этим элементов находится терморезистивная пленка, меняющее свое сопротивление от нагрева. Так как температурные коэффициент изменения сопротивления при комнатной температуре невелик (порядка 2% на градус для диоксида ванадия)

Слайд 20

Исполнительные механизмы МЭМС

В исполнительных механизмах на основе МЭМС технологий обычно задействуются следующие

Исполнительные механизмы МЭМС В исполнительных механизмах на основе МЭМС технологий обычно задействуются
компоненты:
1. Элементы на основе обратного пьезолектрического эффекта – можно получать большие величины силы, но величина смещения мала. Требует высоких электрических напряжений;
2. Биморфные элементы на основе двух материалов с разным температурным коэффициентом расширения. Можно получать большие величины силы и смещения, процесс происходят медленно и им сложно управлять;
3. Электростатические элементы, работающие за счет электростатического притяжения и отталкивания между обкладками конденсатора. Небольшие величины силы и смещения, легко изготовить, требуются большие значения электрического напряжения;
4. Элементы на основе магнитных катушек. Слабые величины силы, сложно изготовить;

Слайд 21

Исполнительные механизмы МЭМС

Пьезакерамический элемент сканера атомно-силового микроскопа

Биморфный (Si - Al) элемент. Стрелкой

Исполнительные механизмы МЭМС Пьезакерамический элемент сканера атомно-силового микроскопа Биморфный (Si - Al)
показано направление изгиба при его нагреве

Слайд 22

Исполнительные механизмы МЭМС

Электростатические актуатор линейного движения

Электростатические актуатор углового движения

Исполнительные механизмы МЭМС Электростатические актуатор линейного движения Электростатические актуатор углового движения
Имя файла: Микроэлектромеханические-системы.pptx
Количество просмотров: 42
Количество скачиваний: 1