Ny måde at lave mikrosensorer på kan revolutionere fremtidens elektronik

Forskere ved Binghamton University, State University of New York forskere har fundet en måde at forbedre ydeevnen på små sensorer, der kan have vidtrækkende konsekvenser for elektroniske enheder, vi bruger hver dag.

Undersøgelsen finder en mere pålidelig måde at bruge aktuatorer, der styrer MEMS (mikroelektromekaniske systemer), som er mikroskopiske enheder med bevægelige dele, der ofte fremstilles på samme måde som elektronik.

Binghamton-teamet fandt ud af, at kombinationen af ​​to metoder til elektrostatisk aktivering-parallelplade- og levitationsaktuatorer-førte til en forudsigelig linearitet, som ingen af ​​disse systemer tilbød alene.

Denne undersøgelse er finansieret af et tilskud fra National Science Foundation hovedsageligt udført af ph.d. studerende Mark Pallay under tilsyn af hovedforsker Shahrzad (Sherry) Towfighian og medforstander Ronald N. Miles, lektor og fornem professor i maskinteknik, henholdsvis.

Teamets resultater kan være revolutionerende for mikrofonfremstilling, fordi med dette design kan signalet forstærkes højt nok til, at baggrundsstøj fra elektronikken ikke længere er et problem. Mere end 2 milliarder mikrofoner fremstilles hvert år verden over, og det tal vokser, efterhånden som flere enheder har vokal interaktion.

"Den elektroniske støj er virkelig svær at slippe af med, "Sagde Miles." Du hører dette sus i baggrunden. Når du laver virkelig små mikrofoner - hvilket vi gerne vil gøre - er støjen et større og større problem. Det er mere og mere en udfordring. Dette er en vej mod at undgå det og få støjen ned. "

Towfighian, der har studeret MEMS meget, forklarede, at aktuatorer i mikroenhederne normalt kun er to plader med et mellemrum mellem. Disse plader lukker, og enheden aktiveres, når den modtager en bestemt spænding.

Det er svært at finjustere den slags aktuator, men tilføjelse af to elektroder på pladernes sider skaber en levitationseffekt, der samtidigt skubber dem fra hinanden og giver bedre kontrol over enheden.

"Ved at kombinere de to systemer, vi kan slippe af med ikke -linearitet, "sagde hun." Hvis du giver den lidt spænding, den står på et stykke og fastholder det over et stort bevægelsesområde. "

Miles sagde, at forudsigelighed er afgørende, når man bygger aktuatorer til mikrofoner, som har været i fokus for hans seneste forskning.

"I en sensor, livet er meget lettere, hvis det flytter en enhed, og udgangsspændingen stiger i en enhed, eller noget i proportion, mens du går, "sagde han." I en aktuator, du prøver at skubbe tingene, så hvis du giver det dobbelt så meget spænding, du vil have det til at gå dobbelt så langt og ikke fire gange så langt.

"Det er som om du havde en lineal, hvor tommerne varierede i længden, når du bevægede dig op. Med kapacitive sensorer, du har disse mærkelige variationer med følsomhed og output, når du bevæger dig op af skalaen. Det er en massiv hovedpine. "

Da Binghamton -forskerne begyndte deres undersøgelse, de vidste ikke, at en kombination af de to ideer ville give et lige så ønskeligt resultat som det har.

"Magien - det dumme held - er, at ulineariteterne annullerer hinanden, "Sagde Miles." De har en tendens til at være i modsatte retninger. Vi er i stand til at vise det over et betydeligt område, de er lineære.

"Ved at have begge disse elektrodekonfigurationer, det giver dig flere drejeknapper og flere justeringer, du kan foretage med at påføre spændinger på forskellige elektroder. Med en simpel parallelplade, du har en spænding på tværs af dem, og du har ikke meget designfrihed. Med dette, der er flere elektroder, og du får meget mere kontrol over designet. "

Ud over mulighederne for mikrofonfremstilling - hvilket gør dem mindre, bedre og billigere - Towfighian ser, hvordan det nye aktuatordesign kan bruges i hendes studieretning, som omfatter gyroskoper, accelerometre, tryksensorer og andre former for kontakter.

"Vi viste dette koncept på et grundlæggende niveau, men det har brede applikationer, "sagde hun." Det kan forbedre funktionen på mange enheder, så virkningen kan være enorm. "

Studiet, med titlen "Sammenlægning af parallelplade- og levitationsaktuatorer for at muliggøre linearitet og afstemning i elektrostatiske MEMS, "Blev offentliggjort i Journal of Applied Physics .