Forskere udvikler MEMS accelerometer med højere følsomhed og forbedret støjreduktion

En betydelig stigning i efterspørgslen efter accelerometre forventes, da markedet for forbrugerelektronik, såsom smartphones, og applikationer til overvågning af social infrastruktur udvides. Sådanne miniaturiserede og masseproducerbare accelerometre er almindeligvis udviklet af silicium MEMS-teknologi, hvor fremstillingsprocessen er veletableret.

I design af accelerometre, der er en afvejning mellem størrelsesreduktionen og støjreduktionen, fordi den mekaniske støj domineret af den brunske støj er omvendt proportional med massen af ​​den bevægelige elektrode kaldet bevismasse. I øvrigt, kapacitive accelerometre har følsomhed generelt proportional med accelerometerets størrelse, og dermed er der også en afvejning mellem størrelsesreduktionen og følsomhedsforøgelsen. Da accelerometre med høj opløsning kræver lav støj og høj følsomhed, det har været vanskeligt for konventionelle siliciumbaserede MEMS-accelerometre at detektere inputacceleration på 1 μG niveau.

MEMS accelerometer med lav støj og høj følsomhed

Forskergruppen bestående af forskere fra Tokyo Tech og NTT Advanced Technology Corporation har tidligere foreslået en metode til at nedskalere bevismassestørrelsen af ​​MEMS accelerometre til mindre end en tiendedel ved at bruge guldmateriale. I dette arbejde, som en forlængelse af denne præstation, de har brugt flerlags metalstrukturer til at prøvemasse og fjederkomponenter, og udviklede en støjsvag, MEMS accelerometer med høj følsomhed.

Som vist i fig. de reducerede den brunske støj, som er omvendt proportional med bevismassen, ved at øge massen pr. område med brug af flere lag guld til bevismassestrukturen.

Desuden, de udnyttede hele arealet af den 4 mm kvadratiske chip ved at reducere fordrejningen af ​​prøvemassen, hvilket gjorde dem i stand til at øge accelerometerets kapacitansfølsomhed. Figur 2 viser et chipfotografi og scanningselektronmikroskopbilleder af det udviklede MEMS accelerometer.

Det nye accelerometer har følsomhed> 100 gange i forhold til tidligere teknologi, og en tiendedel mindre støj i samme størrelse, som vist i fig. 3. Følgelig, forskerne bekræftede, at accelerometeret kan registrere inputacceleration så lavt som 1 μG. Fremstillingsprocessen indebar halvledermikrofabrikationsprocesser og galvanisering, og dermed kunne det være muligt at implementere de udviklede MEMS-strukturer på en integreret kredsløbschip. Derfor, den foreslåede teknologi ville være nyttig til at øge opløsningen af ​​miniaturiserede accelerometre til generel brug.

Accelerometeret kunne anvendes til medicinsk og sundhedsteknologi, overvågning af infrastruktur, højpræcisionsstyring af ultralette robotter, kontrol af mobilt køretøj, navigationssystemer på steder, hvor GPS ikke kan bruges, og rummiljømåling, der kræver ultralav accelerationsføling.