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改良 MEMS 熱致動器和傳感器
來歷:賽斯維傳感器 頒發于 2021/7/2

卡內基梅隆大學的研討職員正在摸索一種用于微電機體系 (MEMS) 熱致動器和傳感器的有用替換資料。圖片來歷:卡內基梅隆大學德波爾嘗試室


手機中的加快度計、條記本電腦中的微處置器和均衡無人機的陀螺儀都依靠于微電機體系,簡稱 MEMS。在這些小型體系中另有更小的裝備,稱為履行器和傳感器,能夠履行各類物理功效。  


一種是熱致動器,它經由進程資料因溫度變更而縮短和縮短將能量轉化為活動。您會在計較機磁盤驅動器、掃描探針和微型引擎中找到 MEMS 熱致動器。  


今朝,這些熱致動器依靠于多晶硅,這類資料在制作進程中須要高溫并耗損大批功率。在停止相干研討時,卡內基梅隆大學工程學院的研討職員認識到他們找到了一種有用的替換品。 


在機器工程傳授 Maarten de Boer 的率領下,該團隊用鉭取代多晶硅建立了微電機熱致動器。這下降了給定驅動量所需的任務溫度和能耗。成果頒發在 Nature  Microsystems & Nanoengineering 上。進一步的研討致使在《微電機體系雜志》上頒發了一篇額定的論文 。 


鉭是一種罕見的難熔金屬,經常利用于合金中以增添強度和耐用性。研討職員猜測,鉭熱致動器(由于金屬的熱縮短系數與制作它的硅基板比擬較大)在不異的力和位移下所需的功率輸出少于多晶硅制作的熱致動器的一半。 


鉭的任務電壓低于其余熱致動器,與互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 電路間接兼容。鉭器件也能夠在靠近室溫下停止加工。 


“準繩上,這項任務證實了利用鉭不只能夠制作熱致動器,并且能夠用于制作多種傳感器,以用于普遍的集成納米電子器件的可行性,”de Boer 說。


在微處置器、德律風或其余裝備的制作進程中,制作商凡是將 MEMS 組件放在一個芯片上,將電子 CMOS 組件放在第二個芯片上。  


De Boer 的團隊以為,鉭作為一種 MEMS 布局資料能夠消弭對兩個自力芯片的須要和在它們之間發送旌旗燈號的額定布線。這將致利用更少的資料制作更高效的裝備,這將下降制作本錢并帶來更高的機能。 


雖然其余研討職員已摸索了消弭第二個芯片的方式,但他們發明制作 MEMS 所需的高溫是一個妨礙。De Boer 的團隊已處理了這個題目。  


第二篇論文頒發在 《微電機體系雜志》上,切磋了在 MEMS制作進程中利用氮化鋁來堅持高溫。這能夠進步在統一芯片上以“MEMS-last”方式開辟 MEMS 和 CMOS 的可行性,這能夠會引發代工場和所謂的無晶圓 MEMS 公司的樂趣。 


“對于 CMOS 集成,這將是很是使人高興的,由于它有助于在 MEMS 下利用全 CMOS,”電氣和計較機工程傳授 Gary Fedder 察看到。“鉭的密度約莫是硅的 7 倍,是以它很是合適作為檢測品質。這很主要,由于近似的活絡度傳感器能夠小 7 倍!”


成果能夠會對須要傳感手藝的一系列行業發生將來影響,如航空航天、醫療保健、光收集和機器人手藝。De Boer 和他的先生在 MEMS 鉭加工范疇請求了三項姑且專利。  


手藝論文和姑且專利的其余作者包含 Longchang Ni 和 Ryan Pocratsky,他們都是博士。機器工程系的先生。 


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