Integrált mikrorendszerek II.

1. Integrált mikrorendszerek II. MEMS MEMS = Micro-Electro- Mechanical Systems

2. [ - ] Relatív megnyúlás Szilárdságtani alapfogalmak Feszültség (mechanikai) “normális” (húzó, nyomó) [N/m2]

3. Kristályos szerkezetnél E irányfüggő! Lineáris közelítés: Hooke törvény Szilícium Szilárdságtani alapfogalmak  és  kapcsolata? E anyagjellemző állandó Rugalmassági modulus Young modulus [N/m2]

4. Jellegzetes probléma: a hajlított rúd A hajlítási tengely helye ? A hajlítási tengely a súlyponton halad át!

5. ahol I a keresztmetszet “másodrendű nyomatéka” Tisztán geometriai jellemző Jellegzetes probléma: a hajlított rúd Mennyi a görbületi sugár ?

6. Jellegzetes probléma: a hajlított rúd Példa Mennyi a másodrendű nyomatéka egy téglalap keresztmetszetű rúdnak?

7. Jellegzetes probléma: a konzol (cantilever) Hajlításra terhelt konzol:

8. Hajlításra terhelt konzol (cantilever) S rugóengedékenység [m/N]

9. A diagramból E = 1,31011 N/m2 Hajlításra terhelt konzol (cantilever) • Példa. Számoljuk ki a vázolt, Si egykristályból készült konzol rugó-engedékenységét! A kristály felülete az (100) síkba esik, a konzol tengelye (010) irányú. A méretek: • a = 50 m • b = 6 m • l = 400 m.

10. Hajlításra terhelt konzol (cantilever)

11. ahol a szenzor érzékenysége [s2] MEMS kivitel (bulk): Gyorsulás érzékelő A működési elv:

12. Gyorsulás érzékelő MEMS kivitel (felületi):

13. 10 g gyorsulás  1,9 m elmozdulás Gyorsulás érzékelő Példa Számoljuk ki az érzékenységet és a rezonancia frekvenciát! Egy hídraS =0,091 m/N Négy hídra S = 0,0227 m/N A tömeg m = V = 2330 kg/m31,21,20,2510-9 m3 = 8,410-7 kg Az érzékenység K = 0,0227 m/N  8,410-7 kg = 1,910-8 s2 A sajátfrekvencia

14. 2. Kapacitív Gyorsulás érzékelő Az n-Si piezorezisztív együtthatói 10-11 m2/N Az elmozdulás érzékelés módja: 1. Piezorezisztív

15. Az elektrosztatikus erőhatás

16. Az elektrosztatikus erőhatás Példa Számítsuk ki egy síkkondenzátornak tekinthető mikroszerkezet két elektródája közötti erőhatást! Az elektródák felülete A=0,01 mm2, távolságuk s=2 m, a feszültség 100V. A méretcsökkentéssel az elektrosztatikus erőhatás egyre hatékonyabbá válik!

17. A fésűs meghajtó (comb drive) w • Előnyök: • felületi megmunkálás • viszonylag nagy erő • konstans erő

18. A fésűs meghajtó (comb drive)

19. A fésűs meghajtó (comb drive)

20. A fésűs meghajtó (comb drive)2D mozgatás

21. A termikus elvű effektív érték mérő

22. A termikus elvű effektív érték mérőA Seebeck effektus S a Seebeck állandó [V/K] Sértéke félvezetőkre kimagaslóan nagy! Például Si/Al kontaktusnál ~ 1 mV/K

23. A termikus elvű effektív érték mérő

24. A termikus elvű effektív érték mérő Példa. Számítsuk ki az effektív érték mérő érzékenységét az alábbi adatokkal: a = 100 m, b = 5 m, L = 120 m,  = 150 W/mK, S = 10-3 V/K, R = 2 k, N = 12 Például Ube= 10 V  Uki = 0,96 V

25. Cvtérfogategységre számolt hőkapacitás, [Ws/Km3] A termikus elvű effektív érték mérőHatárfrekvencia

26. Pólusok a negatív valós tengelyen. Az első: Példa. Számítsuk ki az imént tárgyalt effektív érték mérő határfrekvenciáját! Adatok: a = 100 m, b = 5 m, L = 120 m, cv = 1,6106 Ws/Km3 Az első töréspont A termikus elvű effektív érték mérőHatárfrekvencia

27. A termikus elvű effektív érték mérőEgy gyakorlati alkalmazás: RF teljesítmény mérő