
- •Тема 1. Технологический базис микросистемной техники
- •Основные особенности технологии микросистемной техники и отличия от технологии микроэлектроники.
- •Основные принципы технологии «объёмной микромеханики».
- •Ограниченные геометрии:
- •Сложность интеграции:
- •Основные принципы технологии «поверхностной микромеханики».
- •Особенности фотолитографии в технологии микросистем.
- •Нанесение фоторезиста:
- •Сушка (бэкинг):
- •Совмещение и экспонирование:
- •Проявление:
- •Задубливание (вторая сушка):
- •Технология анизотропного травления кремния: травители, маски, «стоп-слои».
- •Технология вертикального ионного травления в изготовлении микросистем.
- •Пассивация:
- •Травление:
- •Механические напряжения в тонких плёнках: причины появления, влияние на микроструктуры.
- •Методы микрокорпусирования, анодной и эвтектической сварки.
- •Тема 2. Микромеханические структуры
- •Мембранные и балочные элементы микросистем. Методы формирования.
- •1. Мембранные элементы
- •Тема 3. Тензорезистивные интегральные преобразователи
- •Тензорезистивные акселерометры. Линейный и маятниковый акселерометр. Конструкции, тензорезистивная схема. Погрешности измерения.
- •1. Линейный акселерометр
- •2. Маятниковый акселерометр
- •Тема 4. Микроэлектромеханические преобразователи
- •Ёмкостные электромеханические преобразователи. Основные типы конструкций.
- •С переменным расстоянием между электродами
- •С переменной площадью перекрытия электродов
- •С переменной диэлектрической проницаемостью среды
- •С комбинированными изменениями параметров
- •Ёмкостная дифференциальная и мостовая измерительная схема: особенности питания и обратной связи.
- •1. Дифференциальная ёмкостная схема
- •2. Мостовая ёмкостная схема
- •Поверхностные ёмкостные акселерометры: основные типы структур, преимущества и недостатки.
- •Вибрационные микрогироскопы: принцип работы, основные типы, особенности функционирования.
- •Электростатические актюаторы. Микрореле. Конструкция и принцип работы.
- •Включение
- •Выключение
- •Тема 5. Тепловые микросистемы
- •Терморезисторы. Характеристики. Терморезистивные преобразователи.
- •Тема 6. Акустические микросистемы
Тема 3. Тензорезистивные интегральные преобразователи
Тензорезистивный эффект в полупроводниках, влияние ориентации, легирования.
Тензорезисторы в интегральном исполнении. Плёночные и диффузионные резисторы: структура (сечение), особенности применения.
Интегральная тензорезистивная мостовая схема: влияние температуры, питания, положения резисторов на мембране.
Номинальные параметры микромеханических преобразователей.
Тензорезистивные датчики давления. Основные типы конструкций и топологий.
Тензорезистивные акселерометры. Линейный и маятниковый акселерометр. Конструкции, тензорезистивная схема. Погрешности измерения.
Тензорезистивные акселерометры
Тензорезистивные акселерометры измеряют ускорение на основе изменения электрического сопротивления тензорезисторов, вызванного механической деформацией чувствительного элемента под воздействием инерционных сил.
Конструкция тензорезистивных акселерометров
Основные компоненты:
|
|
Типы конструкций
1. Линейный акселерометр
Принцип действия:
Чувствительный элемент представляет собой мембрану или балку, на которую воздействует инерционная масса при ускорении вдоль одной оси.
Конструкция:
Инерционная масса перемещается в плоскости мембраны.
Тензорезисторы расположены так, чтобы регистрировать сжатие и растяжение чувствительного элемента.
Применение: Измерение ускорения вдоль одной оси.
2. Маятниковый акселерометр
+ больше чувствительность
– погрешность к поперечному ускорению (решение – ось чувствительности под углом)
Принцип действия:
Чувствительный элемент связан с маятником, который отклоняется под воздействием ускорения.
Конструкция:
Маятник шарнирно закреплен.
Тензорезисторы фиксируют угловую деформацию подвеса.
Применение: Измерение линейного или углового ускорения.
Тензорезистивная схема
Мостовая схема Уитстона:
-
Четыре тензорезистора соединены в мост.
Два из них находятся в зоне растяжения, два — в зоне сжатия.
Это компенсирует изменения температуры и увеличивает чувствительность.
Погрешности измерения
1. Температурные эффекты Компенсируются с помощью симметричной мостовой схемы.
2. Нелинейность Связана с неидеальной пропорциональностью между деформацией чувствительного элемента и сопротивлением.
3. Кросс-осевые эффекты Чувствительность к ускорению вдоль осей, отличных от измеряемой.
4. Шум Термодинамический и электрический шум в тензорезисторах и цепях.
5. Дрейф нуля Постепенное изменение базового уровня выходного сигнала при отсутствии ускорения.
6. Механические резонансы Влияние вибраций и резонансных частот конструкции.
7. Чувствительность к радиации В условиях повышенного уровня излучения изменяются свойства материалов.
Применение тензорезистивных акселерометров
Измерение перемещения (навигация)
Определение положения в пространстве
Фиксация столкновений