U e2. U e1 U cm. Schirmbalken. U sm. Seism. Masse

Transkript

1 Eine neue MEMS-Familie in AIM*-Technologie * AIM = Airgap Insulation of Microstructures: DE C2; U.S.No.10/296,771; PCT/DE01/02237

2 Funktionsweise des kapazitiven Wandlers Beschleunigung (Neigung, Schock, Vibration) C C (Differenzmessung) U e1 U cm Schirmbalken U e2 Elektrode 1 Elektrode 2 C 1 C 2 U sm Seism. Masse Schematische Darstellung Abbildung des Wandlerelementesentes

3 Prinzipieller Technologieansatz

4 AIM-Technologie für hohes Aspektverhältnis Poly-Si EPI SOI 2 μm z 10 μm z AIM* 50 μm - Geringe Querempfindlichkeit? - Überdämpfung (für viele Inertialsensoren)? - großes Signal-/ Rausch-Verhältnis? - minimaler Flächenbedarf (Si)

5 AIM-Technologie für hohe Temperaturstabilität (?) Oberflächen-µM SOI AIM texture gradient Geringe Temperaturempfindlichkeit?

6 AIM-Technologie: Herstellungsprozess Isolatorstrukturierung t Ankerstruktur für Tests Metallstrukturierung Siliziumstrukturierung Silizium Isolator Metall

7 AIM-Technologie Herstellung der Strukturen: Isolatorstrukturierung Siliziumstrukturierung Tiefes Siliziumätzen (Bosch-Prozeß) Metallstrukturierung Siliziumstrukturierung i i Abscheidung des CF-Polymers zur Passivierung Freilegen der Silizium- struktur Entfernen der Siliziumreste unterhalb der Träger Silizium Isolator Metall CF-Polymer Siliziumreste unterhalb der Träger

8 AIM-Technologie Beispiel Sensor AIM 5 für Neigungsmessungen

9 AIM Sensoren REM-Aufnahme: Übersicht low-g Sensor; (isolierte und elektrisch aufgeladene seismische Masse erscheint weiß) REM-Aufnahme: Detail Trägerstruktur

10 AIM7E REM Seismische Masse Gegenelektroden

11 AIM-Technologie: Yield (low g Sensor, 2 Achsen)

12 AIM-Technologie: Ausbeute partikelinduzierter Defekt

13 AIM-Technologie: Ausbeute uniform dry lateral etching in situ Defektentfernung durch hochparalleles Si-Ätzen Partikel mit Dimensionen unterhalb 1,2 µm sind nicht ausbeuterelevant

14 AIM-Anker: Anker: Simulation Ziel: gleichmäßige Belastung aller Träger Stabilität bis 2000 g nachgewiesen Drop-Test auf Beton von > 3m Fallhöhe

15 AIM-Technologie: low g (Neigungs)- Sensoren e [Deg] tion Angle Inclinat α = C V + C4 V + C3 V + C2 V + C1 V C0 C 0 = C 1 = C 2 = E-6 C 3 = E-6 C 4 = E-10 C 5 = E-11 Max. Fehler: +/-0,015 Messpunkt-Berechneter Kurvenverlauf (basierend auf 11 Messungen) Messungen mit ASIC (Typ CVC) der Firma GEMAC Output Voltage [V]

16 AIM-Technologie: T-Abhängigkeit low g - Sensoren Zero g Level Change vs. Temperature for AIM_7E Sensitivity Change vs. Temperature for AIM_7E Percent of parts in % Percent of parts in % ,100-0,080-0,060-0,040-0,020 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100-0,010-0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 Zero g Level Change in mg / K Sensitivity Change in % / K 0 g Offset vs. T: mg/k Sensitivity Change vs. T: %/K sehr geringe T-Abhängigkeit: für viele Anwendungen auch ohne T-Kompensation einsetzbar

17 AIM-Technologie: T-Abhängigkeit low g - Sensoren

18 SNR AIM5i Sensor + GEMAC ASIC CVC1.0ee HP Network Analyzer 4395A: Firmware 1.11; 10:1 Probe (-20 dbm); 0 30 Hz; Meas. Bandwidth: 1Hz; ASIC: C Integr.:1pF; U pp :1.5V; 10 khz; gain:1; C offset :0; System Sensitivity: 1.63 V/g Referenz (power off): -90dBm System (power on): ~ -73 dbm (16 Hz peak excluded) -100 (-80) dbm berechnet (therm. Rauschen des mech. Wandlers): 684 6,84 µg/ Hz gemessen (mit GEMAC-ASIC) : 30,7 µg/ Hz

19 AIM-Technologie: Rauschen low g Sensoren im internationalen Vergleich A CMOS-compatible high aspect ratio silicon-on-glass in-plane micro-accelerometer Junseok Chae, Haluk Kulah and Khalil Najafi measured: AIM5i

20 AIM-Technologie: Sensorprototypen low g (2 Achsen) AIM7 sensor with IMD 9801 ASIC CLCC44 AIM7E sensor with M ASIC (ELMOS) PLCC44 AIM5I sensor with CVC ASIC (GEMAC)

21 AIM-Technologie: Breitband-Schwingungssensoren Grenzfrequenz ~ 1500 Hz Sensitivität ~ 15 ff/g Systemrauschen < 02 0,2 g RMS Messungen GEMAC, auf Schwingtisch, 40 g

22 AIM-Sensoren für Transportüberwachung (gleichzeitige Erfassung von Neigung/Shock) BMBF-Projekt ASIL KSW, ELMOS, TUC, Schenker Zielwerte für Sensor- Dimensionierung: i i Schock: bis 15 g ( 100 Hz) Neigung: 5 Auflösung ( 1Hz) X Neigung Y Neigung Y - Schock X - Schock

23 AIM-Technologie: Akzeptanz?

24 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!