В микроэлектромеханических приборах и системах резонаторы используются в конструкциях генераторов, датчиков инерциально-навигационных систем, СВЧ-приемопередатчиков и других устройств. В работе исследовано изменение собственной частоты характерных конструкций резонаторов из кремния с различной кристаллографической ориентаций под воздействием механической силы, представлены результаты моделирования в программе ANSYS. Исследовано влияние на собственные частоты резонатора термоупругого демпфирования, происходящего в результате механических колебаний, а также остаточного напряжения, возникающего в структуре резонатора вследствие различия технологий изготовления. Рассчитана добротность четырех типов конструкций резонаторов с помощью программы COMSOL. В результате проведенных исследований выбрана оптимальная конструкция резонатора для частотных акселерометров, у которых добротность больше. Даны рекомендации по выбору оптимальной конструкции резонатора и кристаллографической ориентации кремния для повышения чувствительности и стабильности параметров частотного микроакселерометра. Полученные результаты предполагается использовать в реальных конструкциях разрабатываемых микроэлектромеханических приборов.
-
Ключевые слова:
частотный микроакселерометр, резонатор, термоупругое демпфирование, остаточное напряжение, собственная частота, добротность resonator, thermoplastic damping, residual stress, natural frequency, quality factor
-
Опубликовано в разделе:
Микро- и наносистемная техника
-
Библиографическая ссылка:
Аунг Тхура, Симонов Б.М., Тимошенков С.П. Исследование балочных резонаторов для частотных акселерометров с учетом термоупругого демпфирования и остаточного напряжения // Изв. вузов. Электроника. – 2018. – Т. 23. – № 1. – С. 52–61. DOI: 10.24151/1561-5405-2018-23-1-52-61
Аунг Тхура
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
1. Тимошенков С., Бойко А., Симонов Б. Чувствительные элементы МЭМС: техноло-гия определяет параметры // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2008. – № 1. – С. 80–82.
2. Балансировка кремниевых датчиков угловой скорости в процессе изготовления / С.П. Тимошенков, Б.М. Симонов, О.М. Бритков и др. // Изв. вузов. Электроника. – 2015. – Т. 20. – № 1. – С. 58–67.
3. Dileesh V.P., Salil S.K., Dnyanesh N.P. Analytical and numerical solutions for thick beams with thermoelastic damping // International J. of Mechanical Sciences. – 2015. – Vol. 94–95. – P. 1–26.
4. Weibin Z. Energy dissipation in MEMS resonators: fluid damping of flexural resonators and thermoelastic damping: Diss. Doct. of Phil. – Santa Barbara: University of California, 2006. – P. 1–143.
5. Jing L., Shangchun F., Zhanshe G. Design and analysis of silicon resonant accelerome-ter // Research J. of Applied Sciences, Engineering and Technology. – 2013. – Vol. 5. – No. 3. – P. 970–940.
6. 1998-2015 COMSOL, «MEMS Module Application Library Manual,” Version: COMSOL 5.2.
7. Design and implementation of a micromechanical silicon resonator accelerometer / H. Libin, Y. Hui, G. Yaung et al. // Sensor. – 2013. – Vol. 13. – P. 15785–15804.
8. Amy D., Rob N.C., Thomas W.K., Mathew V. Engineering MEMS resonators with low thermoelastic damping // J. of Microelectromechanical Systems. – 2006. – Vol. 15. – P. 1437–1445.
9. Kuo-Shen C. Techniques in residual sterss measurement for MEMS and their applications. – Tainan, Taiwan, 2005. – P. 264–338.
10. Mohamed G.H. The MEMS handbook. – London: CRC Press, 2002. – P. 1–1332.