پایان نامه دکتری برق: میکرو ساختارهای مومانند سه‌بعدی برای پلتفرم‌های چندمبدلی و ادغام با CMOS

عنوان:

میکرو ساختارهای مومانند سه‌بعدی برای پلتفرم‌های چندمبدلی و ادغام با CMOS

*توجه: فایل فصل اول پایان نامه است.

تعداد صفحات: 60

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه

فصل اول: کلیات تحقیق.. 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- بيان مسأله. 6

1-3- میکروسیستم چند مبدلی زیست تقلیدی مو. 10

1-4- اهمیت و ضرورت انجام تحقيق.. 16

1-5- اهداف تحقيق.. 17

1-5-1- هدف آرمانی.. 17

1-5-2- اهداف کلی.. 17

1-5-3- اهداف ويژه. 17

1-5-4- اهداف کاربردی.. 18

1-6- سؤالات تحقیق.. 18

1-7- فرضيه‏هاي تحقیق.. 18

1-8- مفاهیم پایه. 19

1-8-1- دقت بالا در محدودة فول اسکیل گسترده. 19

1-8-2- پردازنده فرکانس میکرومکانیکی در سراسر طیف فرکانس گسترده. 24

1-8-3- پایداری و دقت فرکانس بالا توسط آرایه تشدیدکننده. 28

1-8-4- توسعه فناوری ادغام عمودی سه‌بعدی.. 30

1-8-5- سنسورهای موی زیست تقلیدی و آرایه‌های حسگر MEMS. 35

1-8-6- شتاب سنج MEMS و توصیف ساختار مو. 39

منابع.. 46

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                            صفحه

شکل 1-1- مو در طبیعت: (الف) نوروماست بنام کاپولا که از پهلوی بدن ماهی بیرون زده است؛ (ب) سنجش جریان هوا در جیرجیرک‌ها توسط زائدة سرسی (Bruinink et al., 2009) 20

شکل 1-2- سلول‌های موی داخلی و خارجی در تعامل با غشای باسیلار که از موج صدا برانگیخته‌شده است (Robert and Hackney, 2006) 21

شکل 1-3- تنظیم پسیو با غشای باسیلار(Robert and Hackney, 2006) 21

شکل 1-4- منحنی تنظیم (میزان‌سازی) (Robert and Hackney, 2006) 22

شکل 1-5- طول سلول‌های موی OHC خارجی در مقابل فرکانس پستانداران مختلف و چرخش حلزونی مختلف (Robert and Hackney, 2006) 23

شکل 1-6- یک سیستم سنجش فشار بارومتریک یکپارچه با رزولوشن بالا (Chavan, 2001; Chavan and Wise, 2002): اندازه‌گیری ولتاژ خروجی مبدل انتخاب محدوده جهانی و مبدل‌های چهار قطعه. 30

شکل 1-7- گسترش دامنه فول اسکیل با استفاده از آرایه شتاب سنج سری Colibrys MS800 مالتی پلکس شده (Hudson et al., 2006) 33

شکل 1-8- (الف) اصل انتخابی سیگنال، (ب) مدولاسیون سختی فرکانس رزونانس جفت جرم فنر توسط نیروهای الکترواستاتیک (Scheibner et al., 2003). 35

شکل 1-9- (الف) اندازه‌گیری یک سازه سنسور که از 1 تا 2 کیلوهرتز را با ولتاژ مختلف تنظیم پوشش می‌دهد، و (ب) چیدمان آرایه هشت سنسور که از 1 تا 10 کیلوهرتز را پوشش می‌دهد (Scheibner et al., 2003). 36

شکل 1-10- نمودار بلوک ساده فیلترهای بسیار انتخابی ارائه شده برای زیر سیستم‌های ارتباطی، که در آن هر ترکیب سوئیچ فیلتر به یک فیلتر میکرومکانیکی تکی مربوط می‌شود (Nguyen, 1998). 37

شکل 1-11- (الف) شماتیک یک تشدید کنندة دیسک پلی سیلیکون حالت کانتور رادیال 215 مگاهرتز در پیکربندی سنجش و تحریک دو پورت با مدار الکتریکی معادل کلاسیک که دارای سفتی الکتریکی فشرده شده در خازن متغیر C_r است. (ب) شماتیک یک تشدیدکننده دیسک آرایه کامپوزیت با دیسک‌های لینک شده با تیرهای جفت کننده λ/2 برای اجرا در فاز لرزش هر یک از تشدیدکننده‌های تکی. مدار معادل ظرفیت منفی یک دیسک آرایه کامپوزیت با تشدیدکننده‌های N بر اساس مقادیر عنصر مدار معادل تشدید کنندة تکی. (ج) SEM یک آرایه دیسک حالت کانتور تبدیل شدة شکاف خازنی 215 مگاهرتز 50 نانومتر با استفاده از 50 تشدیدکننده جفتی مکانیکی. و (د) منحنی‌های اندازه‌گیری فرکانس رزونانس در مقابل ولتاژ بایاس dc ولتاژ V_P در برابر شبیه‌سازی با استفاده از مدل‌های مدار معادل ظرفیت خازنی منفی برای آرایه‌های دیسک با N = 1 ، N = 8 ، N = 16 و N = 50. (Wu et al., 2013) 40

شکل 1-12- گزینه‌های ادغام فرآیند MEMS و توالی ساخت الکترونیکی: 1) مراحل یک در میان سازی، 2) MEMS اول و 3) MEMS- آخر ، شامل تشکیل میکروساختارها از لایه‌های پشته فلزپوشانی (Fedderet al., 2008). 41

شکل 1-13- حسگرهای تصویر CMOS؛ (الف) یک مهره CMOS و (ب) یک پیش الگوی VI-CMOS پشتة مهره با آشکارساز نوری در بالای مهره CMOS (Skorka and Joseph, 2011). 44

شکل 1-14- نمونه‌های اولیه VI-CMOS: (الف) ابعاد پیکسل ؛ (ب) ابعاد پیکسل  (Skorka and Joseph, 2011). 45

شکل 1-15- حسگرهای موی میکروماشینکاری شده: (الف) 820-μm طول کلسیم توسط دفورماسیون مونتاژ مغناطیسی با کرنش سنج متصل به حسگرهای تقلیدی خط جانبی در ماهی (Fan et al., 2002)؛ (ب) موی SU‐8  با طول 700-μm و کرنش سنج در پایه آن‌ها (Chen et al., 2007)؛ (ج) آرایه حسگر جریان هوای جهت‌دار با استرولیتوگرافی و ساختارهای میکروهیدرولیک MEMS (Sadeghiet al., 2011;Sadeghiet al., 2013)؛ (د) آرایه موی SU8  با لیتوگرافی. سنجش خازنی در پایه است (Bruinink et al.,2009;Dagamseh, 2010). 47

شکل 1-16- آرایه حسگر جریان زیست تقلیدی با حساسیت در مرتبه 1mm/s؛ (الف) عملیات: انتقال خازنی به کج شدن یک غشاء با نیروهای کششی که روی موهای گیرنده SU-8 حسگر عمل می‌کنند، متکی است. (ب) جمع آثار معیارهای آکوستیک در سه فرکانس مختلف (10 هرتز، 100 هرتز و 400 هرتز) بر روی سنسور جریان. آرایه‌ای از سنسورها از مدارهای مدولاسیون تقسیم فرکانسی (FDM) برای تشخیص الگوی جریان استفاده می‌کنند (Bruinink et al.,2009; Dagamseh, 2010). 49

شکل 1-17- (الف) شتاب سنج MEMS: سیستم میراگر-فنر- جرم مرتبه دوم. (ب) دامنه نوسان و پاسخ فاز سیستم میراگر-فنر- جرم مرتبه دوم. 51

شکل 1-18- شتاب سنج Bosch BMA455. 54

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                            صفحه

جدول 1-1- انتخاب شتاب سنج براساس کاربرد (Classen et al., 2017) 51