Pomiary - MEMS lab

MIKROSYSTEMY
Ćwiczenie nr 4
Pomiary
* Proszę przynieść na zajęcia RAPORT z przeprowadzonych procesów technologicznych
(formatka znajduje się na stronie) oraz indeks.
1. Cel ćwiczeń:
Celem zajęć jest sprawdzenie poprawności działania wykonanej na wcześniejszych
zajęciach struktury.
2. Wprowadzenie:
Otrzymana na poprzednich zajęciach struktura membrany krzemowej połączona z
podłożem szklanym metodą bondingu anodowego jest bazą dla wielu typów czujników
ciśnienia m.in.:
- czujników optoelektronicznych – membrana uginana pod wpływem ciśnienia moduluje
odbicie doprowadzonego do niej światła. Sygnał jest detekowany przez spektrometr optyczny.
Czujniki stosuje się w pobliżu urządzeń przełączających duże prądy i na platformach
wiertniczych ze względu na odporność elektromagnetyczną i beziskrowość.
- czujników pojemnościowych – główną ich część stanowi specjalny kondensator, gdzie
górną okładką jest giętka membrana, a dolną sztywna kształtka uformowana w wyniku
mokrego, anizotropowego mokrego trawienia krzemu. Ugięcie górnej membrany pod
wpływem przyłożonego ciśnienia powoduje zmianę odległości między okładkami
kondensatora i w wyniku tego zmianę jego pojemności. Wyjście czujników tego typu nadaje
się do połączenia z układami działającymi na zasadzie przełączanych pojemności. Parametry
kondensatora utworzonego przez membrany mniej zależą od temperatury i czasu niż
parametry piezorezystorów używanych w czujnikach piezorezystancyjnych.
- czujników piezorezystancyjnych - główną ich częścią jest membrana wytrawiona w krzemie.
Jej grubość jest tym większa, im większy zakres ciśnienia ma mierzyć czujnik. W membranie
stanowiącej podłoże typu n wytworzone są metodą implantacji jonów lub dyfuzji cztery
zagrzebane piezorezystory typu p o grubości około 1-2 µm. Najprostszym połączeniem
piezorezystorów tworzących czujnik jest układ mostka Wheatstone’a. Jest on utworzony z
czterech piezorezystorów znajdujących się przy czterech krawędziach membrany czujnika. Pod
wpływem ciśnienia doprowadzonego prostopadle membrana ulega odkształceniu - z nią
również piezorezystory. Czujniki cechują się dużą trwałością, szerokim zakresem ciśnień i
małymi rozmiarami. Proces produkcji tych czujników jest prostszy i tańszy niż czujników
pojemnościowych (mniej etapów technologicznych, mniej masek itp.).
___________________________________________________________________________
www.memslab.pl
Wyboru czujnika do określonej aplikacji należy dokonać na podstawie zakresu i
rodzaju mierzonego ciśnienia, rodzaju medium, w którym jest mierzone ciśnienie,
dokładności wskazań, powtarzalności, stabilności, histerezy temperaturowej, błędów. Na
wybór konkretnego modelu czujnika wpłyną też jego parametry elektryczne (rodzaj sygnału
wyjściowego, zasilanie) i mechaniczne (rodzaj i materiał obudowy, wyprowadzenia) oraz
zakres temperatur i rodzaj środowiska pracy.
Czujniki ciśnienia znajdują zastosowanie m.in. w środkach transportu - systemy
monitoringu ciśnienia płynu hamulcowego, paliwa, systemy sterowania otwieraniem poduszki
powietrznej, systemy pomiaru ciśnienia wokół skrzydeł samolotu; w urządzeniach
medycznych - do pomiaru ciśnienia krwi i płynów, do kontroli nacisku laparoskopu; w
układach hydraulicznych i transportujących media - pompy, kompresory, układy kontroli
próżni, oprzyrządowanie tuneli wiatrowych.
3. Materiały dodatkowe
Proszę zapoznać się z podrozdziałami 4.4.4.2.3 str. 275 [1] i 4.4.4.2.4. str. 276 [1].
Literatura:
1. Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych
i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 2004
___________________________________________________________________________
www.memslab.pl