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5-6-5 sistemi microelettromeccanici (mems) e sensori

5. tecnologia al carburo di silicio

5-6-5 sistemi microelettromeccanici (mems) e sensori

2018-01-08

come descritto nel capitolo di hesketh sulla microlavorazione in questo libro, lo sviluppo e l'uso di memi basati su silicio continua ad espandersi. mentre le sezioni precedenti di questo capitolo si sono incentrate sull'uso di sic per i dispositivi elettronici tradizionali a semiconduttore, sic si prevede anche che giochi un ruolo significativo nelle applicazioni emergenti di mems. sic possiede eccellenti proprietà meccaniche che affrontano alcune carenze di mems a base di silicio quali estrema durezza e basso attrito riducendo l'usura meccanica e un'eccellente inerzia chimica ad atmosfere corrosive. ad esempio, è stata esaminata un'eccellente durata nel tempo, che consente di operare a lungo termine su micromotori elettrici e sorgenti di generazione di micro-jet-engine in cui le proprietà meccaniche del silicio sembrano essere insufficienti.


sfortunatamente, le stesse proprietà che rendono sic più durevole del silicio rendono anche la sic più difficile da micromacchinare. approcci alla fabbricazione di strutture di mems ad ambiente ostile in sic e prototipi sic-mems i risultati ottenuti fino ad oggi sono rivisti nei riferimenti 124 e 190. l'incapacità di eseguire l'incisione a maglie fini di monocristalli 4h- e 6h sicure con prodotti chimici umidi (sezione 5.5.4) rende più difficile la microlavorazione di questo tipo di elettronica. pertanto, la maggior parte della micromachining sic oggi è stata implementata in eteroepitassia 3c-sic elettro-inferiore e policristallina sic depositata su wafer di silicio. le variazioni della microlavorazione di massa, della microlavorazione di superficie e delle tecniche di microstriscia sono state utilizzate per fabbricare un'ampia varietà di strutture micromeccaniche, inclusi risonatori e micromotori. un servizio di fonderia di processo di fabbricazione micromeccanica standardizzato su silicio wafer, che consente agli utenti di realizzare i propri dispositivi micromachined sic specifici dell'applicazione, condividendo allo stesso tempo lo spazio e il costo del wafer con altri utenti, è disponibile in commercio.


per applicazioni che richiedono elettronica ad alta temperatura ea bassa dispersione non possibile con strati sic depositi su silicio (inclusi transistori ad alta temperatura, come discusso nella sezione 5.6.2), concetti per l'integrazione di elettronica molto più capace con mems su wafer 4h / 6h sic sono stati anche proposti epilayers. ad esempio, i sensori di pressione sviluppati per l'uso nelle regioni a temperatura più elevata dei motori a reazione sono implementati in 6 ore, in gran parte a causa del fatto che è richiesta una bassa perdita di giunzione per ottenere il corretto funzionamento del sensore. Sono inoltre in fase di sviluppo l'elettronica a transistor integrata su chip 4h / 6h che abilita vantaggiosamente il condizionamento del segnale nel sito di rilevamento ad alta temperatura. con tutti i sensori basati su micromeccanica, è vitale impacchettare il sensore in modo da ridurre al minimo l'imposizione di sollecitazioni indotte termomeccaniche (che si verificano a causa del coefficiente di dilatazione termica su intervalli di temperatura molto più grandi consentiti da sic) sugli elementi di rilevamento. pertanto (come menzionato in precedenza nella sezione 5.5.6), l'imballaggio avanzato è quasi fondamentale quanto l'uso di sic verso l'espansione utile dell'involucro operativo di mems in ambienti difficili.


come discusso nella sezione 5.3.1, un'applicazione primaria dei sensori per l'ambiente difficile è quella di consentire il monitoraggio e il controllo attivo dei sistemi di motori a combustione per migliorare l'efficienza del carburante riducendo l'inquinamento. a tal fine, le funzionalità ad alte temperature di sic hanno permesso la realizzazione di strutture di sensori di gas prototipo di metallo-sic e metal-isolatore-sic catalitico con grande promessa per applicazioni di monitoraggio delle emissioni e rilevamento delle perdite del sistema di alimentazione. Il funzionamento ad alta temperatura di queste strutture, non possibile con il silicio, consente di rilevare rapidamente le variazioni di contenuto di idrogeno e idrocarburi in sensibilità a parti per milione in sensori di dimensioni molto ridotte che potrebbero essere facilmente collocati in modo discreto su un motore senza necessità di raffreddamento. tuttavia, sono necessari ulteriori miglioramenti dell'affidabilità, della riproducibilità e del costo dei sensori di gas basati su sic prima che questi sistemi siano pronti per l'uso diffuso nelle automobili e negli aeromobili di consumo. in generale, lo stesso si può dire per la maggior parte dei mem sic, che non otterranno un esteso inserimento del sistema benefico fino a quando non sarà garantita un'elevata affidabilità in ambienti difficili attraverso un ulteriore sviluppo tecnologico.

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