Article

Article title MANAGEMENT MICROSTRUCTURES OF SEMICONDUCTOR SENSORS OF PHYSICAL QUANTITIES
Authors P.G. Mikhailov, E.A. Mokrov
Section SECTION III. EMBEDDED SYSTEMS USING MEMS SENSOR
Month, Year 03, 2015 @en
Index UDC 681.586
DOI
Abstract The methods and objectives of management electrophysical characteristics (EPC) elements and structures of sensors of physical quantities (SPQ). It is shown that management EPC, in order to provide temporary and parametric stability is necessary to form permanent or temporary stabilizing feedback (FB) in the layered structure of SPQ, using mathematical models. Structurally permanent FB in the form of reverse converters (RC) or circuitry elements formed during or after fabrication sensor elements and structures, and temporary function only during the time of a particular process step forming elements and structures SPQ, for example, heat treatment, diffusion, ion implantation and so on. It is noted that for microelectronic sensors (MES) pressure, temperature and other parameters that do not have in their composition of mobile elements, the development and use of the RC did not even find a proper solution. Therefore, in such sensors to control the sensory structures are encouraged to use the field control methods (control via physical fields). Consider the generalized design RC, which are based on field management practices, tested in MES power parameters. Inverters used at different levels MES from individual sensor elements (strain gauges) to the measuring system. The principle of operation is based on the RC field that the semiconductor is essentially a functional fluid which can be controlled using these or other external influences, in particular generated via physical fields. For example film structures, the analytical and numerical models compensate mechanical deformations caused by temperature influence on sensing element MES. The conclusions about the prospects of work to ensure the stability of sensors using permanent and temporary feedback.

Download PDF

Keywords Sensor; sensing element; film, inverter; feedback; field management; system level; microelectronic; characteristic electro-physical.
References 1. Дорф Р, Бишоп Р. Современные системы управления. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2002. – 832 с.
2. Bhattacharyya, S.P., Datta A., Keel L.H. Linear control theory: structure, robustness and optimization. – CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2009.
3. Янчич В.В. Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи (акселерометры). Пьезоэлектрическое приборостроение. Т. 7. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2010. – 304 с.
4. Вавилов В.Д. Интегральные датчики. – Н-Новгород: Нижегородский гос. техн. ун-т, 2003. – 499 с.
5. Михайлов П.Г. Стабильность микроэлектронных датчиков и технологий. – Пенза: ПГУ 2003. – 231 с.
6. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: Учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.
7. Веремей Е.И. Линейные системы с обратной связью: Учебное пособие. – СПб.: Изд-во «Лань», 2013. – 448 с.
8. Михайлов П.Г. Микроэлектронные датчики: вопросы разработки // Микросистемная техника. – 2003. – № 1. – С. 4-7.
9. Клевцов С.И. Принципы преобразования физических сигналов в датчиках систем сбора и обработки информации. Ч. 1: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – 96 с.
10. ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. Госстандарт России ИПК Издательство стандартов, 1997.
11. ГОСТ Р 8.673-2009 ГСИ Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения. Госстандарт России ИПК Издательство стандартов 2009.
12. Михайлов П.Г. Микроэлектронные датчики, особенности конструкций и характеристик // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. – 2004. – № 6. – С. 38-42.
13. Ожикенов К.А., Михайлов П.Г., Касимов А.О. Общие вопросы моделирования компонентов и структур микроэлектронных датчиков // Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан. – 2014. – № 6. – С. 27-34.
14. Михайлов П.Г., Белозубов Е.М. Методы обеспечения стабильности микроэлектронных датчиков (системный подход) // Мир измерений. – 2007. – № 7. – С. 47-50.
15. Михайлов П.Г., Мокров Е.А. Скотников В.В., Петрин В.А.Сергеев Д.В., Чернецов М.А. Чувствительные элементы высокотемпературных датчиков давления. Материалы и технологии изготовления // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 4 (153). – С. 204-213.
16. Михайлов П.Г., Соколов А.В. Модели обратных преобразователей микроэлектронных датчиков // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. проф. Н. К. Юркова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. – Вып. 17. – С. 262-268.
17. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша А.В., Малкова Я.В. – М.: ИПРЖР, 1998.
18. Ожикенов К.А., Михайлов П.Г., Касимов А.О., Скотников В.В. Использование обратных преобразователей в микроэлектронных датчиках // Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан. – 2014. – № 6. – С. 22-26.
19. Михайлов П.Г., Лапшин В.И., Сергеев Д.А. Моделирование и конструирование кремниевых чувствительных элементов емкостных датчиков давлений // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. –- № 5. – С. 128-133.
20. Ching-Liang Dai. A capacitive humidity sensor integrated with micro heater and ring oscillator circuit fabricated by CMOS–MEMS technique // Sensors and Actuators: Chemical. – 2006. – № 116.
21. Викулин Н.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Радио и связь, 1990.
22. Hongsith N., Wongrat E. Sensor Response Formula for Sensor Based on ZnO Nanostructures. // Sens. Actuators. – 2010. – Vol. 144. – Р. 67-72.
23. Wongchoosuk C., Wisitsoraat A. Portable Electronic Nose Based on Carbon Nanotube-SnO2 Gas Sensors and Its Application for Detection of Methanol Contamination in Whiskeys // Sens. Actuators B. – 2010. – Vol. 147. – Р. 392-399.
24. Process to Realise a Cantilever on Fabric Using a Piezoelectric Layer to Detect Motion for Wearable Applications // Sens. Actuators. – 2013. – Vol. 203. – Р. 241-248.
25. Freund L.B., Suresh S. Thin Film Materials: Stress, Defect Formation and Surface Evolution. Cambridge: Cambridge University Press 2003. – 802 с.
26. Janssen G.C., Dammers A.J. Tensile stress in hard metal films // Appl. Phys. Lett. – 2003. – Vol. 83, № 16. – P. 3287-3289.
27. Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах / Под ред. В.Е. Панина. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. – 520 с.
28. Huang Z.Y., Hong W. Nonlinear analyses of wrinkles in a film bonded to a compliant substrate // J. Mech. Phys. Solids. – 2005. – Vol. 53, № 9. – P. 2101-2118.
29. Pang Y, Huang R. Nonlinear effect of stress and wetting on surface evolution of epitaxial thin films // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 74, № 7.
30. Huang R., Stafford C.M., Vogt B.D. Effect of surface properties on wrinkling of ultrathin films // J. Aerospace Eng. – 2007. – Vol. 20, № 1. – P. 38-40.
31. Huang R. Dynamics of wrinkle growth and coarsening in stressed thin films // Phys. Rev. E. – 2006. – Vol. 74, № 2.
32. Сергеев В.В. Напряжения и деформации в элементах микросхем. – М.: Радио и связь, 1988.
33. Михайлов П.Г., Ожикенов К.А. Механические и тепловые деформации в микромеханических структурах сенсорных элементов // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан Серия физико-математическая. – 2014. – № 4. – С. 163-168.
34. Amarasinghe, R. Design and fabrication of miniaturized six-degree of freedom piezoresistive acceleromete // MEMS 2005: 18th IEEE International Conference on microelectromechanical systems. – Р. 351-354.
35. Chen Po-Jui, Rodger D. C., Humayun M. S. Unpowered spiral-tube parylene pressure sensor for intraocular pressure sensing // Sensors and Actuators Physical. – 2006. – № 127. – P. 276-282.
36. Михайлов П.Г. Методы управления механическими напряжениями в сенсорных элементах и системах микроэлектронных датчиков // Датчики и системы. – 2004. – № 9. – С. 10-12.

Comments are closed.