Nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến gia tốc điện trở ba bậc tự do trên cơ sở công nghệ vi cơ khối khô

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Viện đào tạo quốc tế khoa häc vËt liÖu Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến gia tốc áp điện trở ba bậc tự sở công nghệ vi khối khô ngành: khoa học vật liệu Nguyễn Văn minh Khoá ITIMS-2006 Người h­íng dÉn khoa häc: PGS TS Vị Ngäc Hïng Hµ Néi - 2008 Mơc lơc Trang Trang phơ b×a …………………………………………………………… I Tóm tắt luận văn .. II Lời cảm ơn . III Mục lục IV Danh mục bảng biểu VIII Danh mục hình vẽ, đồ thị IX Mở đầu. XIV Chng I Tổng quan lý thut 1.1 Giíi thiƯu vỊ MEMS 1 1.1 Vài nét lịch sử phát triển MEMS 1.2 Thực xu phát triển MEMS giới Việt Nam 1.2 Tổng quan cảm biến gia tốc 11 1.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến gia tốc 12 1.2.2 Phân loại cảm biến gia tốc 14 1.2.2.1 Cảm biến gia tốc áp điện trở 17 1.2.2.2 Cảm biến gia tốc áp điện 18 1.2.2.3 Cảm biến gia tốc cộng hưởng 19 1.2.2.4 Cảm biến gia tốc điện từ 19 1.2.2.5 C¶m biÕn gia tèc nhiƯt 20 1.2.2.6 C¶m biÕn gia tèc quang häc 20 1.2.2.7 C¶m biÕn gia tèc xuyên ngầm 21 1.2.2.8 Cảm biến gia tốc kiểu tụ 22 1.3 Hiệu ứng áp điện trở 1.3.1 Mô tả to¸n häc hiƯu øng ¸p trë 23 23 ii 1.3.2 Giải thích theo lý thuyết vùng lượng 24 1.3.3 ứng dụng hiệu ứng áp trở chuyển đổi tín hiệu - điện 24 1.4 Các phương pháp thực nghiƯm 25 1.4.1 Kü tht quang kh¾c 26 1.4.2 Kü thuật ăn mòn 26 1.4.2.1 Kỹ thuật ăn mòn ướt 28 1.4.2.2 Kỹ thuật ăn mòn khô 29 1.4.3 Kỹ thuật hàn dây 32 1.4.3 Một số kỹ thuật xác định profile ăn mòn 32 1.4.3.1 -step 1.4.3.2 Hiển vi ®iƯn tư qt (Scanning Electron Microscope) 35 36 Ch­¬ng II Nghiên cứu công nghệ ăn mòn khô sâu së quy tr×nh Bosch 38 2.1 Giới thiệu cơng nghệ ăn mịn khơ sâu 38 2.2 Hệ ăn mịn khô ITIMS 40 2.3 Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ tới chất lượng tc n mũn 40 2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới chất lượng ăn 44 mòn tốc độ ăn mòn 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng C4F8 tới chất lượng ăn mòn tốc độ ăn mòn 45 iii 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng SF6 tới chất lượng ăn mòn 45 tốc đọ ăn mòn Chng III Mô thiết kế cảm biến 3.1 Mô hoạt động cảm biến 45 46 3.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động cảm biến 46 3.1.2 Mơ hình hố 49 3.1.3 Bài tốn phân tích mode 52 3.1.4 Bài tốn phân bố ứng suất 55 3.2 Bài toán điện 57 3.2.1 Mơ hình hố 60 3.2.2 Tính tốn độ nhạy 61 3.2.3 Bài toán tối ưu hoá 62 3.3 ThiÕt kÕ mask 63 Chng IV Nghiên cứu công nghệ ch to khảo sát c trng cm bin 70 4.1 Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến 70 4.2 Khảo sát đặc trưng cảm biến 89 4.1 Xỏc nh nhạy cảm biến 89 4.2 Xác định đặc trưng động cảm biến 94 Kết luận kiến nghị 97 Phụ lục 98 International training institute for materials science Batch itims-2006 Title of MSc thesis: A study on design and fabrication of a three degree of freedom piezo-resistive accelerometer based on bulk micromachining using dry etching technique Author: Nguyen Van Minh Supervisors: Asso Prof Dr Vu Ngoc Hung Referees: - Abstract: Based on piezoresistive effect of silicon material, piezoresistive acceleration sensor has been designed and fabricated by bulk micromachining using dry etching technique This device consists of a proof mass, elastic thin beams and three wheatstone resistor bridge made by diffusion process using SOD technique In the scope of this thesis, the technology process has been established for fabricating acceleration sensor, which suites with conditions and equipments at ITIMS The acceleration sensor with miniatured dimension has been simulated by ANSYS software and it has been fabricated by bulk micromachining technology using dry etching technique The fabricated acceleration microsensors are packaged and characterised based on the measurement system which is connected with computer The investigated results show that OX sensitivity is 30.5 μV/g and OZ sensitivity is 22.9 μV/g The dynamic range of the sensor is 100 Hz The obtained results show the ability of fabricating piezoresistive acceleration microsensor in VietNam Bộ giáo dục đào tạo Viện đào tạo quốc tế khoa học vật liệu Khoá itims-2006 Tên luận văn: Nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến gia tốc áp điện trở ba bậc tự sở công nghệ vi khối khô Tác giả: Nguyễn Văn Minh Người hướng dẫn: PGS TS Vị Ngäc Hïng Ng­êi nhËn xÐt: Tãm t¾t luận văn: Trên sở hiệu ứng áp trở vật liệu silíc, cảm biến gia tốc kiểu áp điện trở đà nghiên cứu chế tạo công nghệ ăn mòn khô lần Việt Nam Đây linh kiện có vai trò biến đổi điện, bao gồm khối gia trọng, dầm đàn hồi ba cầu điện trở kiểu Wheatstone đo gia tốc theo ba phương đà chế tạo phương pháp khuếch tán Trong khuôn khổ luận án, đà thiết lập quy trình công nghệ chế tạo cảm biến gia tốc phù hợp với điều kiện trang thiết bị sẵn có viện ITIMS Chế độ ăn mòn khô bước đầu đà khảo sát tối ưu hoá Vi cảm biến gia tốc có kích thước thu nhỏ đà thiết kế mô phần mềm ANSYS đà chế tạo sở công nghệ vi khối sử dụng kỹ thuật ăn mòn khô Các vi cảm biến gia tốc sau chế tạo đà khảo sát đo đạc độ nhạy đặc trưng động Kết khảo sát cho thấy vi cảm biến có độ nhạy 30,5 V/g gia tốc theo phương z 22,9 V/g gia tốc theo phương x Kết khảo sát đặc trưng dộng cảm biến cho thấy giải thông cảm biến đạt khoảng 100 Hz Việc bước đầu làm chủ công nghệ ăn mòn khô mở rộng khả chế tạo nhiều chủng loại vi c¶m biÕn Chương I Tỉng quan lý thuyết 1.1 Giới thiệu MEMS MEMS coi công nghệ hứa hẹn kỷ 21 có tiềm cách mạng hoá sản phẩm công nghiệp tiêu dùng cách kết hợp lĩnh vực vi điện tử sở vật liệu silic với công nghệ vi MEMS từ viết tắt Micro ElectroMechanical Systems có xuất xø tõ Mü, nghÜa tiÕng ViƯt lµ hƯ thèng vi điện tử, nhấn mạnh đến tính hệ thống châu Âu nhà khoa học gọi lĩnh vực MST ( MicroSystems Technology), nhấn mạnh đến công nghệ chế tạo Còn Nhật, lĩnh vực đặt tên ngắn gọn Micromachines Lĩnh vực MEMS bao hàm kết hợp cấu trúc có kích thước micro mạch điện tử tích hợp cïng mét chip Cơm tõ MEMS cịng bao gåm c¶ phương pháp chế tạo đặc trưng, cấu trúc thiết bị sản phẩm lý IC xử Processing IC ViViđiện điệntửtử ViVi cảm biến cảm biến MEMS Vi Vi cấucấu trúctrúc Cảm biến Sensors Vào In Vi chấp chấp hành Vi hành Energy Năng Physical lượng Mechanical Optical VËt lý Chemical C¬ häc Biological Quang häc Actuators Out Ra Silicon chip Ho¸ häc Sinh häc … (a) Chấp hành Energy Năng Physical lượng Mechanical Vật lý Optical Cơ học Chemical Biological Quang học học Hoá Sinh học (b) Hình 1.1 Sơ đồ khối thành phần cấu thành MEMS (a), Sơ đồ cấú tạo thiết bị MEMS hoàn chỉnh (b) Tín hiệu vào hệ thống vi điện tử đa dạng lượng, vật lý, häc, quang häc, ho¸ häc hay sinh häc, ®ã c«ng nghƯ LSI trun thèng chØ xư lý mét loại tín hiệu vào [1.1] Cấu trúc cụ thể hệ thống vi điện tử bao gồm : vi cảm biến, vi mạch điện tử, vi chấp hành vi cấu trúc ( hình 1.1 ) * Vi điện tử (Microelectronics) Vi điện tử đóng vai trß n·o hệ thống Bé phËn nµy nhận liệu, xử lý đưa quyt nh theo chương trình lập sẵn D liệu đưa đến từ vi cảm biến * Vi Cảm Biến (Microsensors) : Vi cảm biến hoạt động gièng nh quan cảm giác thể ng­êi nh­ da, mắt, mũi Chóng thu thập liệu m«i trường xung quanh nh­ tÝn hiệu quang, nhiệt, từ, sinh học häc từ m«i trường xung quanh sau chuyển cho vi điện tử biến đổi x lý Các cấu trúc cảm biến chế tạo công nghệ vi ( gồm công nghệ vi khối, công nghệ vi bề mặt công nghệ LIGA) * Vi chp hành (Micro actuators) : Một vi chấp hành cã chức nng giống nh chân, tay thể ng­êi Khi vi điện tử xử lý tÝn hiệu nhận từ vi sensor nã đưa định da vo nhng thông tin ny truyền đến vi chấp hành để thực tác động với cường độ xác định * Vi cu trúc (Micro structure) : Nhờ s phát trin ca công ngh chế to, bao gồm công nghệ vi điện tử, công nghệ bán dẫn công nghệ vi chế tạo (gồm công nghệ vi khối, công nghệ vi bề mặt công nghệ LIGA) , nhng cu trúc với kích thước àm c to mt chip Với cấu trúc vậy, vi hệ thống cho phép cảm nhận dịch chuyển học phạm vi kích thước àm nhờ vi cảm biến, thông qua hệ thống vi điện tử, phận vi chấp hành tác động lại môi trường xung quanh theo ý mn cđa ng­êi C¸c vi hƯ thèng này, gồm phần phần điện, chế tạo vật liệu Silic Nguyên tử 1A Vi-rút DNA Tế bào nm àm Đường kính sợi tóc Con ng­êi Giät n­íc mm 1m MEMS N­íc Mµng mỏng Vi dầm, vi màng Giới hạn quang khắc Công nghệ nano Hóa học, sinh học phân tử Vi mạch Cơ khí xác Hình 1.2 Hình minh hoạ kích th­íc c¸c vi cÊu tróc MEMS Mét bé thiÕt bị quan trọng MEMS vi cảm biến Đặc điểm vi cảm cảm biến nhiều cÊu tróc cđa nã cã kÝch th­íc micro-met vµ vïng kích thước quy ước nằm khoảng 10 nano-met đến 1mili-met minh hoạ hình 2.2, ngày thu nhỏ Như vậy, cấu trúc so sánh với kích thước virus, tế bào, kích cỡ sợi tóc hay bọ Một đặc điểm MEMS chế tạo vi cảm biến theo mẻ (batch) , nghĩa phiến Si đơn tinh thể đường kính inch, inch inch ( loại n p với định hướng bề mặt khác nhau) chế tạo lúc loạt cấu trúc giống (hình 1.3) Và đến đóng gói ( packaging) phải thao tác mẫu sau đà cắt rời chúng Nhờ kích thước nhỏ việc sản xuất hàng loạt mà MEMS có giá thành thấp tạo tính đồng so với sản phẩm truyền thống đà nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường giá thành phiến Silic cao Phiến silic Các chip nhỏ Hình 1.3 Quy trình chế tạo cấu trúc MEMS duới dạng mẻ Ngày nay, xu hướng tích hợp nhiều cấu trúc MEMS chip ngày mở rộng Với cấu trúc tạo phòng thí nghiệm nhỏ hoàn chỉnh chip, gọi lab-on-a-chip (LOC) hay micro-totalanalysis-systems ( µ TAS) Mét phßng thÝ nghiƯm nh­ vËy cã thĨ thực quy trình phân tích hoàn chỉnh LOC tích hợp chức phòng 83 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 3.13 Tồn mask chế tạo phiến thuỷ tinh inch, có phần mask cho cấu trúc cảm biến gia tốc 1x1 mm2 84 lại đề đảo lại chế tạo, nghĩa vùng có mầu thiết kế vùng suốt mask Hình 3.14 Bộ dấu so mask Trong mask hình 3.13, phía đối xứng hai bên mask loạt dấu so mask Bộ dấu so mask đầy đủ biểu diễn hình 3.14 Các lỗ so mask có kích thước chênh lệch từ µm đến µm Thứ tự thiết kế ưu tiên mask PR ==> mask BF ==> mask MB ==> Mask CH ==> mask IC ==> mask MB Mask trước tạo dấu so mask cho mask sau Riêng mask BF dùng hai lần Lần thứ hai sau mask IC, thiết kế, mask IC để lại dấu so mask cho mask BF, đồng thời mask BF tạo dấu so mask cho mask MB 85 Chng IV Chế tạo đo đặc trưng cảm biến 4.1 Quy trình công nghệ chế tạo c¶m biÕn Cảm biến chế tạo cơng nghệ vi Quy trình chế tạo cảm biến gồm bước sau: Ơxi hố, khuếch tán tạo áp điện trở, tạo hốc tiếp xúc (contact hole), tạo dây dẫn, cuối tạo dầm khối gia trọng Các bước quy trình cơng nghệ biểu diễn hình 4.1 Có thể chia tồn quy trình chia thành hai phần Phần liên quan tới cơng nghệ IC, đó, áp điện trở dây dẫn chế tạo Phần hai liên quan tới công nghệ vi khối khơ, dầm khối gia trọng hình thành Sau bước quy trình chế tạo cảm biến gia tốc - Bước Vật liệu ban đầu: Phiến silic sử dụng SOI (Silicon on Insulators) loại n định hướng (100) Trong đó, lớp đế dày 450 µm, lớp linh kiện dày 10µm lớp đệm SiO2 dày µm Phiến Silic rửa theo quy trình chuẩn (SC) với dung dịch pyrania - Bước Ơxi hố khơ Lớp SiO2 dày cỡ 300 nm chế tạo phương pháp ôxi hoá khô Phản ứng tạo SiO2 diễn theo phương trình sau: Si(rắn) + O2(khí) ==> SiO2 (4.1) Trong q trình ơxi hố, phân biên Si-SiO2 di chuyển vào bên phiến silic Trong thời gian đầu trình ơxi hố, chiều dày lớp oxít tăng nhanh 86 - Phiến SOI + Lớp đế: 45 µm + Lớp linh kiện: 10 µm + Lớp ơxít đệm: µm - Rửa phiến - Làm khô Bước 1: chuẩn bị phiến SOI loại n định hướng (100) - Ôxi hố khơ Bước 2: Ơxi hố Áp điện trở: x 30 µm2 - Quay phủ cảm quang - Định dạng áp điện trở - ăn mòn SiO2 - Khuếch tán Bo - Tẩy B2O3 - Đẩy tạp sâu vào Bước 3: khuếch tán áp điện trở Bước 4: tạo hốc tiếp xúc - Lắng đọng màng nhôm - Quay phủ cảm quang - Định dạng dây dẫn - ăn mịn nhơm - Ủ nhơm Dây nhơm (Rộng x dài) x 0,3 µm2 Bước 5: tạo dây dẫn nhơm Thanh dầm - ăn mịn khơ mặt trước - Lắng đọng nhôm mặt sau định dạng - ăn mịn khơ mặt sau - Tẩy lớp ơxít đệm SiO2 Bước 6: tạo dầm khối gia trọng Hình 4.1 Các bước quy trình cơng nghệ chế tạo cảm biến gia tốc 87 cách tuyến tính theo thời gian Càng sau, tốc độ ơxi hố giảm tỷ lệ với bậc hai thời gian ôxi phải khuếch tán qua lớp SiO2 dày trước tác dụng với silic phân biên Si-SiO2 - Bước Chế tạo áp điện trở: (a) (b) Hình 4.2 Ảnh quang học áp điện trở sau quang khắc (a), sau khuếch tán tạp Bo Hình 4.3 Phân bố áp điện trở khơng gian cảm biến gia tốc sau quang khắc Đây bước quan trọng, ảnh hưởng nhiều tới hoạt động cảm biên Mục đích bước khuếch tán ion Bo vào vùng silic loại n để tạo áp điện trở silic loại p Các áp điện trở định dạng cho trục dài 88 chúng nằm theo phương < 110 > < 1 > phiến silic định hướng (100) Các áp điện trở định dạng cách quang khắc ăn mịn SiO2 axít HF theo phản ứng: SiO2 + 6HF ==> H2SiO6 + 2H2O (4.2) Áp điện trở sau quang khắc có dạng hình 4.2.a hình 4.3 Sau quang khắc, tạp Bo khuếch tán vào silic loại n theo hai bước với nguồn tạp Spin-On-Diffusion PBF Bước tạp Bo đưa lên bề mặt silic phương pháp khuếch tán từ nguồn vô hạn Trong bước thứ hai, tạp đảy sâu vào silic loại n phương pháp khuếch tán từ nguồn hữu hạn Sau khuếch tán bước 2, áp điện trở có dạng hình 4.2.b Trong bước khuếch tán tạp Bo khuếch tán vào silic loại n từ nguồn B2O3 quay phủ đóng rắn bề mặt silic Vì số lượng Bo khuếch tán vào silic nhỏ so với lượng Bo bề mặt nên coi khuếch tán từ nguồn vơ hạn Khi đó, phân bố nồng độ tạp theo chiều sâu khuêch tán tuân theo hệ thức: C(s, t) = C s erfc( Trong đó, erfc( x) = − x ) Dt x exp(− y π ∫ (4.3) )dy gọi hàm sai bù, Dt gọi chiều dài khuếch tán, D hệ số khuếch tán silic Tiếp theo, B2O3 bề mặt tẩy axít HF Sau đó, bước khuếch tán thứ hai thực nhằm đẩy tạp sâu vào đế silic Sau bước 89 này, nồng độ tạp áp điện trở giảm đi, dẫn đến tăng giá trị điện trở, nhiên giúp phân bố tạp theo chiều sâu - Bước Mở hốc tiếp xúc: Sau bước khuêch tán, số ơxít (như B2O3 cịn dư sau khuếch bước 1, SiO2 hình thành sau khuếch tán bước 2) hình thành bề mặt Vì để đảm bảo tiếp xúc tốt dây dẫn với áp điện trở, cần phải tạo hốc tiếp xúc Hốc tạo cách quang khắc ăn mòn dung dịch axít HF Hốc tiếp xúc sau ăn mịn ơxít có dạng hình 4.4 Hình 4.4 Hốc tiếp xúc tạo thành sau ăn mịn lớp ơxít - Bước Tạo dây dẫn: Bước bao gồm khâu tạo dây dẫn tạo tiếp xúc ohmic Nhôm chọn làm dây dẫn có điện trở thấp kết dính tốt với silic Lớp nhơm có chiều dầy 300 nm dùng để tạo dây dẫn chân hàn Lớp chế tạo cách bốc bay (hoặc phún xạ), quang khắc ăn mòn Sau tạo xong, lớp nhôm chưa thể dùng làm dây dẫn tiếp xúc nhơm silic có điện trở cao, đặc trưng I-V có dạng đi-ốt Trên hình 4.5 hình dạng dây dẫn chân hàn sau bước ăn mịn nhơm Trên hình 4.6.a đặc trưng I-V áp điện trở trước ủ Vì vậy, cần phải ủ môi trường N2 để tiếp xúc nhơm-silic trở thành tiếp xúc ohmic Khi đó, silic nhôm kết hợp với thành dạng hợp kim 90 có điện trở tiếp xúc nhỏ so với điện trở áp điện trở Nhờ vậy, đặc trưng IV áp điện trở sau ủ có dạng tuyến tính hình 4.6.b Từ đặc trưng này, tính điện trở 877 Ω Hình 4.5 Hình dạng dây dẫn sau ăn mịn nhụm 0.00020 0.006 0.00015 0.004 0.002 Dòng điện (A) Dòng ®iÖn (A) 0.00010 0.00005 0.00000 0.000 -0.002 -0.004 -0.00005 -0.006 -0.00010 -6 -4 -2 Điện áp (V) (a) -6 -4 -2 §iƯn ¸p (V) (b) Hình 4.6 Đặc trưng I-V áp điện trở, (a) trước ủ (b) sau ủ 91 - Bước Chế tạo cấu trúc dầm khối gia trọng cơng nghệ ăn mịn khơ sâu ion hoạt hố (DRIE): Ăn mịn khơ bước cơng nghệ quan trọng tồn quy trình chế tạo cảm biến Việc sử dụng cơng nghệ ăn mịn khơ bước tiến cơng nghệ MEMS Việt Nam nói chung ITIMS nói riêng Cơng nghệ ăn mịn khơ giứp tạo cấu trúc có tỷ số cạnh cao thu nhỏ kích thước cảm biến xuống nhiều so với dùng cơng nghệ ăn mịn ướt để chế tạo cấu trúc Hình 4.7 Ảnh quang học hình dạng mặt trước sau ăn mịn khơ silic tạo dầm Trong bước này, ăn mịn khơ tiến hành để tạo khe dao động µm mặt sau, ăn mịn mặt trước ăn mịn khơ sâu mặt sau để tạo dầm 92 khối gia trọng Cấu trúc dầm chế tạo cách ăn mòn từ mặt trước sau quang khắc nhằm định dạng cấu trúc (hình 4.7) Vì chiều sâu ăn mòn nhỏ nên mặt nạ cảm quang dùng để bảo vệ q trình ăn mịn Q trình ăn mịn khơ dừng lại lớp ơxít đệm Hình 4.8 Ảnh quang học mặt sau sau ăn mịn tạo khe dao động Hình 4.9 Ảnh quang học mặt sau sau ăn mịn khơ 93 Tương tự quy trình ăn mịn mặt trước, khe dao động chế tạo cách ăn mòn mặt sau Điều khác khơng có lớp ơxít dừng ăn mòn Chiều sâu ăn mòn trường hợp xác định thời gian ăn mòn dựa việc xác định xác tốc độ ăn mịn Hình dạng khe dao động trình bày hình 4.8 Hình 4.10 Ảnh quang học cấu trúc cảm biến sau chế tạo Tiếp theo, ăn mịn khơ sâu tiến hành từ mặt sau Vì chiều sâu ăn mịn lớn, 450 µm nên mặt nạ bảo vệ cho q trình ăn mịn khơ nhơm nhơm có tính chọn lọc gần vơ hạn q trình ăn mịn khơ dựa sở quy trình Bosch với khí C4F8 SF6 Trước tiên, mặt sau phiến silic bốc bay (hoặc phún xạ) màng nhôm Màng sau quang khắc định dạng ăn mòn Kết ăn mòn mặt sau thể hình 4.9 Cấu trúc cảm biến sau 94 chế tạo xong thể hình 4.10 Tồn phiến silic chế tạo cảm biến gia tốc thể hình 4.11 Hình 4.11 Ảnh quang học phiến silic chế tạo cm bin gia tc 4.2 Xác định đặc trưng cảm biÕn 4.1 Xác định độ nhạy cảm biến Gi¸ trị mô điện áp theo gia tôc Ax Giá trị thực nghiệm điện áp theo gia tôc Ax Giá trị thực nghiệm điện áp theo gia tôc Az 1000 Điện áp [mV] 800 600 400 200 0 10 15 20 25 Gia tèc theo ph­¬ng Ax [g] 30 Hình 4.12 Sự phụ thuộc điện áp vào gia tốc tịnh tiến Ax 95 Để đánh giá khả hoạt động cảm biến, đặc trưng điện áp phụ thuộc vào gia tốc khảo sát Phương pháp đo đặc trưng động sở thiết bị rung hoạt động tần số 50 Hz sử dụng Điện áp nguồn cung cấp cho cảm biến V 700 Gi¸ trị mô điện áp theo gia tôc Az Giá trị thực nghiệm điện áp theo gia tôc Az Giá trị thực nghiệm điện áp theo gia tôc Ax Điện áp [mV] 600 500 400 300 200 100 0 10 15 20 25 Gia tèc theo ph­¬ng Az [g] 30 Hình 4.13 Sự phụ thuộc điện áp vào gia tốc tịnh tiến Az Kết thu cho thấy điện áp cảm biến phụ thuộc tuyến tính vào tải gia tốc Ax Az dải giá trị từ đến 30g (hình 4.12 hình 4.13) Độ nhạy cảm biến gia tốc thành phần gia tốc Ax Az đạt giá trị tương ứng 30,5 µV/g 22,9 µV/g Mặt khác, kết khảo sát cho thấy đo phụ thuộc tín hiệu vào thành phần gia tốc theo phương x z, độ lớn tín hiệu thành phần vng góc tương ứng z x nhỏ Điều khẳng định hiệu ứng ảnh hưởng đan xen (cross- talk) cảm biến nhỏ 4.2 Xác định đặc trưng động cảm biến 96 Đặc trưng tần số cảm biến có vai trị quan trọng cho phép xác định độ rộng dải tần làm việc linh kiện Đặc trưng tần số mode dao động ngang dao động vuông góc trình bày hình 4.14.a hình 4.14.b Kết cho thấy độ rộng dải tần cảm biến gia tốc chế tạo có giá trị cỡ 100 Hz Biên độ giảm tần số cao suy hao lớn -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 Biên độ [dB] Biên độ [dB] gõy bi hiu ng trt ca lp khí dọc bề mặt cảm biến 10 100 TÇn sè [Hz] (a) 1000 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 10 100 TÇn sè [Hz] 1000 (b) Hình 4.14 Đặc trưng biên độ - tần số mode, (a) dao động ngang cảm biến gia tốc, (b) dao động vng góc cảm biến gia tốc 97 Kết luận kiến nghị Trong khuôn khổ luận văn này, vấn đề sau đượ hoàn thành: - Cơng nghệ ăn mịn khơ bước đầu khảo sát tối ưu hoá - Cảm biến gia tốc áp điện trở ba bậc tự kích thước 1x1 mm2 thiết kế mô cở sở phần mềm ANSYS - Cảm biến gia tốc chế tạo sở cơng nghệ ăn mịn khô - Cảm biến gia tốc chế tạo được khảo sát đo độ nhạy đặc trưng động Trên sở thành công bước đầu cần phải tiếp tục khảo sát tối ưu hoá để đưa thông thức phù hợp nhằm nâng cao chất lượng ăn mịn tốc độ ăn mịn Ngồi ra, cảm biến gia tốc có kích thước khác cngx cần nghiên cứu chế tạo Các chủng loại cảm biến khác, có sử dngj cấu trúc kiểu lược cần nghiên cứu cơng nghệ ăn mịn khơ phù hợp để chế tạo cấu trúc ... lớn bậc tự Tốt 17 1.2.2.1 Cảm biến gia tốc áp điện trở Áp điện trở Khối gia trọng Mạch điện tử Vỏ cảm biến Hình 1.7 Cấu trúc cảm biến gia tốc kiểu áp điện trở Cảm biến gia tốc áp điện trở cảm biến. .. in VietNam Bé giáo dục đào tạo Vi? ??n đào tạo quốc tế khoa học vật liệu Khoá itims-2006 Tên luận văn: Nghiên cứu thiết kế chế tạo cảm biến gia tốc áp điện trở ba bậc tự sở công nghệ vi khối khô. .. dụng chế tạo linh kiện vi chấp hành vi cảm biến áp điện Ngoài Vi? ??n ITIMS, nước có nhiều sở đà có nghiên cứu thiết kế ứng dụng cảm biến MEMS Nếu Vi? ??n ITIMS mạnh chế tạo cảm biến Khoa vi điện tử,