Разработка методов проектирования и моделирования интегральных сенсоров ускорения на основе туннельных наноструктур

• Автор: Приступчик, Никита Константинович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния элементной базы МЭМС регистрации линейных ускорений

1.1. Общие сведения.

1.2. Актюаторы

1.3. Преобразователи перемещения

1.4. Технологические аспекты

1.5. Выводы.

ГЛАВА 2. Разработка принципов построения и конструкций интефальных МЭМС регистрации линейных ускорений на основе туннельных

наноструктур

2.1. Классификация туннельных контактов.

2.2. Элементы передачи движения в МЭМС
2.3. Разработка конструкции ММА с горизонтальным расположением электродов преобразователя
2.4. Разработка конструкции ММА с вертикальным расположением электродов преобразователя.
2.5. Разработка многоосевого ММА на основе туннельных наноструктур с горизонтальным расположением электродов.
2.6. Концепция произвольной ориентации осей чувствительности
2.7. Технологические аспекты изготовления МЭМС с произвольной ориентацией осей чувствительности.
2.8. Многоосевой ММА на основе туннельных наноструктур с произвольной ориентацией осей чувствительности.
2.9. Выводы.
ГЛАВА 3. Разработка моделей и методов моделирования интегральных МЭМС регистрации линейных ускорений
3.1. Обзор методов моделирования МЭМС
3.2. Декомпозиция задачи моделирования туннельного преобразователя перемещения
3.3. Разработка модели распределения потенциала в преобразователе перемещения.
3.4. Модель транспорта носителей заряда в наноразмерном преобразователе перемещения.
3.5. Разработка численного метода расчета коэффициента прозрачности потенциального барьера туннельного преобразователя перемещения.
3.6. Расчет основных характеристик преобразователя перемещения на основе туннельных наноструктур
3.7. Разработка аналитических моделей элементов передачи движения
3.8 Разработка модели самосборки функциональных элементов ММА с произвольной ориентацией осей чувствительности
3.9. Исследование механических характеристик интегрального многоосевого ММА с горизонтальным расположением электродов.
3 Разработка модели электростатического взаимодействия между электродами туннельного преобразователя перемещения.
3 Выводы
ГЛАВА 4. Разработка методов и методик проектирования интегральных МЭМС регистрации линейных ускорений
4.1. Обзор методов проектирования МЭМС
4.2. Разработка обобщенной методики проектирования МЭМС.
4.3. Методика параметрического представления элемента передачи движения многоосевого ММА с горизонтальным расположением электродов преобразователя перемещения.
4.4. Методика определения диапазона отклонений подвижного электрода под действием внешнего ускорения
4.5. Методика проектирования двухосевого ММА.
4.6. Выводы. Заключение
Список использованных источников


Для решения задачи анализа траектории, параметров движения и динамических характеристик подвижных объектов возникает потребность в регистрации линейных ускорений по трем взаимно перпендикулярным осям. МЭМС регистрации линейных ускорений. Существует возможность восстановления полной информации о параметрах движения объекта путем обработки результатов измерения, поступающих от нескольких дискретных сенсорных устройств, каждое из которых обладает лишь одной осыо чувствительности. Соответствующим образом размещенные и ориентированные относительно осей симметрии исследуемого объекта такие устройства обеспечивают решение указанной задачи. Следует отметить, что в общем случае измерительный комплекс, построенный на основе дискретных сенсорных устройств, может быть весьма громоздким, что не всегда допустимо. Технология формирования с использованием операций микросборки позволяет улучшить массогабаритные показатели посредством размещения необходимого числа одноосевых микросеисоров на общей основе. Другая возможность заключается в формировании необходимого числа многоосевых сенсоров, а также систем обработки информации в едином технологическом процессе с использованием групповых методов обработки. Таким образом, измерительный комплекс, оснащенный, при необходимости, цифровым интерфейсом, может быть выполнен в виде интегральной микросхемы, поэтому в целом указанная возможность решения рассматриваемой задачи представляется более перспективной. Следует отметить, что применяемая в настоящее время планарная технология формирования микромеханических акселерометров на основе жертвенных слоев накладывает серьезные ограничения на возможные композиции функциональных элементов, предназначенных, в частности, для передачи движения, и приводит к обособлению оси чувствительности перпендикулярной плоскости подложки. В этой связи разработка конструкций микромеханических систем, обеспечивающих одинаковую чувствительность по трем взаимно перпендикулярным осям, представляет собой актуальную конструкторскую задачу. Поскольку на данном этапе развития соответствующих направлений изготовление наноразмерных устройств регистрации линейных ускорений, в полной мере реализующих концепцию построения снизу вверх, представляется затруднительным, приоритетным направлением в настоящей работе принята концепция построения сверху вниз, не исключающая, впрочем, применения на
норазмерных функциональных элементов и отдельных операций самоорганизации. Целью диссертационной работы является разработка принципов построения, конструкций, методов моделирования и проектирования интегральных сенсоров ускорения на основе туннельных наноструктур, способствующих решению проблем повышения эффективности анализа траектории, параметровдвижения и динамических характеристик подвижных объектов. МЭМС на основе наноразмерных механически напряженных слоев СаАзЛпАэ. XIII, XIV Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника, и информатика Москва, ,. Москва, . X конференции молодых ученых Навигация и управление движением СанктПетербург, . Международной научнотехнической конференции Микроэлектроника и наноинженерия Москва, . Всероссийской молодежной школессминаре Нанотехнологии и инновации II г. Таганрог, . Ii ii iii i , . По теме исследований опубликовано печатных работу в том числе 4 научных статьи, из которых 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента РФ. ГЛАВА 1. В настоящее время известно множество реализаций МЭМС регистрации линейных ускорений, отличающихся принципом преобразования перемещения, типом входящею в состав конструкции элемента передачи движения, наличием актюаторных элементов, осуществляющих калибровку и т. Для того, чтобы упрости классификацию МЭМС с одной стороны, а также выявить характерные особенности конструкций МЭМС различных классов с другой, принято рассматривать МЭМС как систему, характеризующуюся множеством функциональных элементов и связей между ними , В связи с этим, декомпозиция МЭМС является важным этапом анализа конструкции и, в общем случае, предполагает обособление чувствительного механического элемента, актюаторного элемента и сенсорного элемента. На рис. МЭМС . Рис.