Микромеханические акселерометры (ММА) широко применяются в промышленности, а также в робототехнике, так как характеризуются низким энергопотреблением, малыми габаритами и массой, невысокой стоимостью при серийном производстве. Поэтому разработка и исследование ММА является актуальной задачей. В работе при моделировании чувствительного элемента (ЧЭ) ММА использована программная система конечно-элементного анализа, позволяющая провести статический и модальный анализ. Приведены результаты предварительных расчетов масштабного коэффициента ММА, который может быть собран на основе разработанного ЧЭ и сигма-дельта-преобразователя. Описан технологический процесс изготовления ЧЭ ММА с использованием анизотропного жидкостного химического травления кремния для получения различных профилей соответствующих кристаллографических плоскостей. Представлены результаты исследования влияния технологических погрешностей на геометрические размеры ЧЭ: выявлена зависимость величины бокового подтрава кремния от точности углового совмещения маски с кристаллографической осью пластины (100). Проведенное моделирование подтвердило работоспособность конструкции, расчеты показали изменение масштабного коэффициента в диапазоне температур от -60 до +125 °C, номинальной емкости и емкости при изменении линейного ускорения в диапазоне ±60 g . При изготовлении ЧЭ на основе проведенных исследований можно получить боковой подтрав не более 5 мкм при глубине анизотропного жидкостного химического травления 250 мкм для пластин КДБ-0,01 с допуском на ориентацию ±30' или с разориентацией такой же величины, допущенной во время экспонирования.
Кочурина Елена Сергеевна
ООО «Лаборатория микроприборов», г. Москва, Россия; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Анчутин Степан Александрович
ООО «Лаборатория микроприборов», г. Москва, Россия; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Тимошенков Алексей Сергеевич
ООО «Лаборатория микроприборов», г. Москва, Россия; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Дернов Илья Сергеевич
ООО «Лаборатория микроприборов», г. Москва, Россия; Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
1. Гуртов В. А., Беляев М. А., Бакшеева А. Г. Микроэлектромеханические системы: учеб. пособие. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2016. 141 с.
2. Дюжев Н. А., Киреев В. Ю. Элементный базис нано- и микросистемной техники: учеб. пособие. М.: МИЭТ, 2019. 140 с.
3. Шерстобитова А. С. Датчики физических величин: учеб. пособие. СПб.: Универ-ситет ИТМО, 2017. 57 с.
4. Тимошенков А. С. Тенденции в развитии современных инерциальных микромеханических датчиков // Наноиндустрия. 2019. № S (89). С. 579–581. doi: https://doi.org/10.22184/NanoRus.2019.12.89.579.581
5. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А. ANSYS в руках инженера: практ. рук. / предисл. А. С. Шадского. 4-е изд., стер. М.: URSS: ЛИБРОКОМ, 2015. 272 с.
6. Морозов Е. М., Муйземнек А. Ю., Шадский А. С. ANSYS в руках инженера: Меха-ника разрушения. Изд. стер. М.: URSS: ЛЕНАНД, 2016. 456 с.
7. Амеличев В. В., Григорьев Д. М., Резнев А. А. Конечно-элементное моделирование мембранного модуля // Изв. вузов. Электроника. 2018. Т. 23. № 3. С. 277–284. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2018-23-3-277-284
8. Тимошенков С. П., Калугин В. В., Анчутин С. А., Кочурина Е. С. Разработка кон-струкции сенсора линейного ускорения // Интеллектуальные системы и микросистемная техника: науч.-практ. конф.: сб. трудов. М.: МИЭТ, 2019. С. 151–156.
9. Проектирование и изготовление чувствительного элемента МЭМС-акселерометра / С. П. Тимошенков, С. А. Анчутин, Н. М. Зарянкин и др. // Нано- и микросистемная тех-ника. 2021. Т. 23. № 2. С. 63–67. doi: https://doi.org/10.17587/nmst.23.63-67
10. High speed silicon wet anisotropic etching for applications in bulk micromachining: a review / P. Pal, V. Swarnalatha, A. V. N. Rao et al. // Micro and Nano Syst. Lett. 2021. Vol. 9. Art. No. 4. doi: https://doi.org/10.1186/s40486-021-00129-0