Математическое моделирование тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем датчиков давления

• Автор: Чернов, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Анализ современного состояния и проблем в области создания датчиков давления.

1.1 Обзор датчиков давления ведущих мировых производителей

1.2 Экспериментальные методы исследования поверхности тонких плнок НиМЭМС датчиков давления

1.3 Теоретические подходы к проблеме моделирования роста поверхности тонких пленок

1.4 Аналитические и численные методы моделирования упругих элементов НиМЭМС датчиков давления.

1.5 Формулировка задач исследования

1.6 Результаты и выводы по разделу.

2. Математическое моделирование роста поверхности тонких плнок

2.1 Анализ модели случайного осаждения.

2.2 Модель роста тонких плнок, учитывающая поверхностную диффузию.
2.3 Численный анализ результатов моделирования.
2.4 Исследование влияния температуры подложки и скорости осаждения
2.5 Результаты и выводы по разделу.
3. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными
данными.
3.1 Параметры, характеризующие морфологию поверхности
3.2 Численный анализ экспериментальных данных АСМмикроскогши образцов никеля и хрома
3.3 Сопоставление данных с результатами математического
моделирования.
3.4 Результаты и выводы но разделу.
4. Моделирование воздействия давления и температур на упругие элементы
ЫиМЭМС датчиков давления
4. Метод конечных элементов.
4.2 Моделирование деформаций упругих элементов НиМЭМС датчиков
под действием измеряемого давления
4.3 Моделирование воздействия нестационарных температур на
НиМЭМС датчиков давления.
4.4 Результаты и выводы по разделу
Заключение.
Список литературы


Установленные зависимости между геометрическими параметрами упругого элемента в виде мембраны с жестким центром и распределением температур и деформаций НиМЭМС, применение которых позволило повысить чувствительность и уменьшить погрешность датчиков давления. Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации опубликованы в периодических изданиях, докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах: «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (Пенза, - гг. Университетское образование» (Пенза, - гг. Пенза, г. Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, г. Современные информационные и электронные технологии» (Одесса, г. Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Ялта-Гурзуф, г. Нанотехнологии - » (Дивноморское, г. Современные проблемы ианоэлектроники, нанотехнологий, микро-и ианосистем» (Абрау-Дюрсо, г. Инновационные технологии» (Ульяновск, г. Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, г. Публикации. По материалам диссертации опубликовано научных работ, в том числе 5 статей в журналах из перечня ВАК РФ, 3 патента РФ на изобретение, 5 свидетельств о регистрации электронного ресурса. Отдельные результаты отражены в отчетах по НИР. Основные положения диссертации представлены в опубликованных работах. Личный вклад автора. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и двух приложений. Основная часть изложена на 2 страницах, содержит рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 7 наименований. Приложения представлены на страницах. Диссертационная работа является обобщением проведенных автором исследований по проблемам математического моделирования НиМЭМС датчиков давления с по год. Васильеву В. А. за неоценимую помощь при написании статей и ценные советы при подготовке диссертации, а также сотрудникам кафедр «Нано- и микроэлектроника» и «Приборостроение» Пензенского государственного университета за ценные дискуссии и критику работ. Основой современных высокоточных датчиков давления для ракетной и авиационной техники является нано- и микроэлектромеханическая система (НиМЭМС), включающая в себя механические и электронные компоненты и служащая узлом, преобразующим измеряемое давление в электрический сигнал [1,2], а сами тонкоплёночные датчики давления в соответствии с современными представлениями относятся к изделиям нано- и микросистсмиой техники [3]. На рисунке 1 а представлена типичная НиМЭМС тонкопленочного тензорезисториого датчика давления, состоящая из упругого элемента (УЭ) в виде круглой мембраны I с жёстким центром 2, жёстко заделанной по контуру с опорным основанием 3 за границей 4 мембраны. На планарной стороне металлической мембраны методами 'гонкоплёночной технологии образована гетерогенная структура 5 из нано- и микроразмерных плёнок материалов. НиМЭМС. НиМЭМС. Электронные и механические элементы НиМЭМС, выполняются в нано- и микроисполнении при этом ширина тензорезисторов составляет порядка 0 мкм, ширина проводников порядка 0 мкм, толщины мембран или балок 0. Толщина тензорезисторов НиМЭМС датчиков давления составляет . Упругие элементы НиМЭМС, в качестве которых чаще всего используются металлические мембраны, со стороны сопряжения с диэлектрической плёнкой и тензорезисторами изготавливаются с высотой микронеровиостсй нс более — 0 нм. НиМЭМС датчиков давления является функционально законченной системой, созданной на основе наноматериалов и нанотехнологий, характеристики которой кардинальным образом отличаются от показателей устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям и, следовательно, согласно классификации [4] относится к изделиям наносистемиой техники. Производство НиМЭМС устройств, в частности преобразователей давления, является бурно развивающейся отраслью [5-]. Изначально технология производства НиМЭМС была заимствована из ' индустрии производства интегральных микросхем, однако, развиваясь, она выработала свои уникальные методы, специфичные для данной области. V' *: •/; . Ц}1&ёсм! Яктю1? V Ль, :-:/лштсршинм} /¦ .