Technika sensorowa. Czujniki mikromechaniczne cz. 2

Podobne dokumenty
Sensory w systemach wbudowanych

Czujniki mikromechaniczne

Mikrosystemy Wprowadzenie. Prezentacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie pt.

Sensory w systemach wbudowanych

Sensory w systemach wbudowanych

Technika sensorowa. Czujniki mikromechaniczne - cz.1

Technika sensorowa. Czujniki piezorezystancyjne. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel

Technika sensorowa. Czujniki wielkości mechanicznych. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel

Badania wybranych nanostruktur SnO 2 w aspekcie zastosowań sensorowych

(zwane również sensorami)

Czujniki światłowodowe

Technika sensorowa. Czujniki magnetyczne cz.2

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: pomiar i wyznaczenie parametrów metrologicznych czujnika i przetwornika ciśnienia

Laboratorium nanotechnologii

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Układy scalone i elementy systemów mikroelektromechanicznych (MEMS)

Centrum Materiałów Zaawansowanych i Nanotechnologii

KONSTRUKCJA CYFROWEJ NAŚWIETLARKI OBWODÓW DRUKOWANYCH

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WSTĘP... 1 Sławomir Wiak. 1. PODSTAWY MECHATRONIKI... 7 Sławomir Wiak, Krzysztof Smółka

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Sensory i systemy pomiarowe Prezentacja Projektu SYNERIFT. Michał Stempkowski Tomasz Tworek AiR semestr letni

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

Podstawy fizyki wykład 2

Grafen materiał XXI wieku!?

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

Pomiar prędkości obrotowej

Politechnika Wrocławska Wydział Podstawowych Problemów Techniki

MIKROSYSTEMY. Ćwiczenie nr 2a Utlenianie

SUB-NANO Matryce czujników mikromecha-nicznych do detekcji bakterii Gram-ujemnych i ich endotoksyn T.Gotszalk

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Wykaz urządzeń Lp Nazwa. urządzenia 1. Luksomierz TES 1332A Digital LUX METER. Przeznaczenie/ dane techniczne Zakres /2000/20000/ lux

PROJEKTOWANIE UKŁADÓW VLSI

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu skaroll@fizyka.umk.pl

TEKSTRONIKA - PRZYSZŁOŚCIOWY KIERUNEK ROZWOJU TEKSTYLIÓW

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: modelowanie membrany krzemowej podstawowego elementu piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia

Fotonika. Plan: Wykład 9: MOEMS. MEMS, MOEMS, NEMS wprowadzenie Podział Przykładowe realizacje i koncepcje

V Konferencja Kwantowe Nanostruktury Półprzewodnikowe do Zastosowań w Biologii i Medycynie PROGRAM

SŁAWOMIR WIAK (redakcja)

PROJECT OF FM TUNER WITH GESTURE CONTROL PROJEKT TUNERA FM STEROWANEGO GESTAMI

Pomiary wielkości nieelektrycznych Kod przedmiotu

Inteligentne Systemy Pomiarowe i Sterujące (1) Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO W BADANIACH MAŁYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

1 k. AFM: tryb bezkontaktowy

Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

(62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI CELE PRZEDMIOTU

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Właściwości i zastosowanie układów mikroi nanomechanicznych w pomiarach nanosił

Technologie mikro- nano-

Skalowanie układów scalonych

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

TECHNOLOGIA STRUKTUR MOEMS

ZAŁĄCZNIK NR 1 DO OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU WMP/Z/42/2014. Specyfikacja sprzętu laboratoryjnego Zadanie nr 1

Nanowłókna krzemowe (włókna o średnicy poniżej długości fali) oraz włókna chiralne. Silica Nanofibres (Subwavelength-Diameter) and Chiral Fibres

Sesja prezentacji Wydziału Chemicznego

Plan wykładu. 1. Budowa monitora LCD 2. Zasada działania monitora LCD 3. Podział matryc ciekłokrystalicznych 4. Wady i zalety monitorów LCD

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL BUP 26/06

Nastawniki (aktuatory, aktory)

Sensoryka i pomiary przemysłowe Kod przedmiotu

PL B1. UNIWERSYTET W BIAŁYMSTOKU, Białystok, PL BUP 23/14

I. Wstęp teoretyczny. Ćwiczenie: Mikroskopia sił atomowych (AFM) Prowadzący: Michał Sarna 1.

Współczesne metody badań instrumentalnych

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Czujniki podczerwieni do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Czujniki stacjonarne.

Elementy pomiaru AFM

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

METROLOGIA. MIERNICTWO

Arttech Cinema Warszawa, ul. Wrzeciono 12A/17 tel. 0 (prefix) fax 0 (prefix)

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Karta katalogowa Strona 1 / 5

DIAGNOSTYKA MASZYN POMIARY

Wybrane elementy elektroniczne. Rezystory NTC. Rezystory NTC

CZUJNIKI I UKŁADY POMIAROWE

Technikalia multimedialne. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Naukowe Koło Nowoczesnych Technologii

Pomiary w oparciu o pomiary drogi i różniczkowanie - (elektryczne lub numeryczne)

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

Laboratorum teledetekcji. Sensory akustyczne. płk dr hab. inż. Mateusz Pasternak

I Konferencja. InTechFun

Diagnostyka układów elektrycznych i elektronicznych pojazdów samochodowych Podstawowe wielkości i jednostki elektryczne

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

Mikroskopia skaningowa tunelowa i siłowa

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: RAR AM-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Automatyka i Robotyka Specjalność: Automatyka i metrologia

Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2012/2013. Forma studiów: Stacjonarne Kod kierunku: 06.

AFM. Mikroskopia sił atomowych

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

Rejestracja obrazu. Budowa kamery

MIKROELEKTRONIKA [gr.], dział. elektroniki zajmujący się działaniem, konstrukcją Fifth i technologią Level układów scalonych.

MIKRO- I NANO-SYSTEMY W CHEMII I DIAGNOSTYCE BIOMEDYCZNEJ MNS-DIAG

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 12/16

Transkrypt:

Technika sensorowa Czujniki mikromechaniczne cz. 2 dr inż. Wojciech Maziarz, prof. dr hab. T. Pisarkiewicz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel. 12 617 30 39 Kontakt: Wojciech.Maziarz@agh.edu.pl 1

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia 2

W. Maziarz, Zintegrowany sensor gazów wytworzony w technologii mikromechanicznej, Rozprawa doktorska, Kraków 2006 Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Półprzewodnikowy czujnik gazu wersja I 3

W. Maziarz, Zintegrowany sensor gazów wytworzony w technologii mikromechanicznej, Rozprawa doktorska, Kraków 2006 Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Podłoża czujników gazu płytka Si przed wycięciem struktur Sensor gazu w obudowie TO-5 4

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Wytworzenie półprzewodnikowego czujnika gazu wersja III W. Maziarz, Zintegrowany sensor gazów wytworzony w technologii mikromechanicznej, Rozprawa doktorska, Kraków 2006 5

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Połączenie krzem - szkło Mostek z piezorezystorami (przekrój) 6

Proces technologiczny wytwarzania piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia 7

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Czujnik ciśnienia z piezoelektryczną warstwą ZnO T ox tlenek termiczny (izolacja od podłoża) ZnO technologia rozpylenia 8

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Czujniki ciśnienia firmy Motorola X - ducer 9

Czujniki wytwarzane w procesach Zintegrowane układy kompensacji zintegrowanych w czujniku tradycyjnym w czujniku X - ducer 10

Czujniki wytwarzane w procesach zintegrowanych Czujnik ciśnienia firmy Motorola - budowa Pomiar ciśnienia bezwzględnego Pomiar ciśnienia różnicowego 11

Czujnik przyśpieszenia Struktura pionowa Struktura boczna 12

Czujnik przyśpieszenia Pojemnościowy czujnik przyśpieszenia Piezorezystywny czujnik przyśpieszenia Szczegóły belki 13

Zastosowania mikrodźwigni Bardzo czułe wskaźniki zmian substancji biochemicznych (gazów, cieczy, oparów). Reakcja biochemiczna na mikrobelce może skutkować ugięciem belki, zmianą temperatury lub naprężeń powierzchniowych Detekcja: zmiana częstotliwości rezonansowej lub kąta odbicia. Belka pokryta substancją aktywną. 14

Zastosowania mikrodźwigni wzrost nanostruktur Wzrost CNT na końcu mikrobelki Zmiana częst. rezonansowej umożliwia wyznaczenie masy osadzonych CNT z dokł. ~4 pg (4x 10-12 g). Możliwy wzrost i pomiar wagi CNT w tym samym czasie Growing Nanostructures on Micro Cantilever Provides New Platform for Materials Discovery, http://phys.org/news68736004.html 15

Czujnik wilgotności wykorzystujący mikrobelki Mikrobelki SiO 2 Czułość większa niż dla Si nieczuły na pary etanolu Wytworzone w kombinowanym procesie suchego trawienia izotropowego i anizotropowego 16 Microfabrication and Characterization of SiO 2 Microcantilever for High Sensitive Moisture Sensor, Qi Chen i inni, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4388683

Czujnik gazów szkodliwych wykorzystujący mikrobelki Tanie, miniaturowe, bardzo czułe. Możliwa detekcja wielu związków jednocześnie. Warstwy gazoczułe: polimery, enzymy Detekcja na poziomie ppb Safer and More Secure through Science: Aiding Homeland Security with Chemical Sensors, http://research.latech.edu/news/92 17

Bioczujnik wykorzystujący mikrobelki wykrywanie wirusowego zapalenia wątroby mikrobelka 150um x 50um pokryta związkiem (receptor molekuł) wyłapującym helikazę HCV zmiana częst. rezonansowej mikrobelki Nanomechanical microcantilever operated in vibration modes with use of RNA aptamer as receptor molecules for label-free detection of HCV helicase, Biosensors and Bioelectronics, Volume 23, Issue 4, 30 November 2007, Pages 459 465 18

Zastosowanie mikrobelek w AFM wykorzystuje siły oddz. międzyatomowych Igła przemiata (skanuje) powierzchnię Rozdzielczość rzędu pojedynczych atomów http://pl.wikipedia.org/wiki/mikroskop_sił_atomowych Schemat mikroskopu sił atomowych (AFM) z optyczną detekcją ugięcia mikrobelki 19

Mikrosonda Mikroskopu AFM (Atomic Force Microscope) L 1 = 175 m L 2 = 75 m w = 20 m b = 90 m l = 2 m 20

Aktuatory http://mems.sandia.gov/about/actuators.html Problem smarowania rozwiązany? (argon +opary 1-pentanolu tworzą cienką warstwę poślizgową) Mikrosilnik elektrostatyczny średnica rotora 0.1 mm Helping a micromachine to work, http://www.nature.com/news/2008/080407/full/ news.2008.740.html 21

Aktuatory mikrozawiasy 22

Aktuatory soczewka Fresnela M. Wu, University of California, Los Angeles Mikrosoczewka Fresnela zawieszona na sterowanej platformie, 4 zawiasy 23

Aktuatory - mikrolustra Mikrolustro unoszone i opuszczane za pomocą mikrosilnika http://mems.sandia.gov/scripts/index.asp Pionowe lustro wytworzone na obrotowym elemencie umożliwiającym precyzyjny obrót. Utrzymywane w miejscu przez zatrzaski zawiasów i sprężyn. 24

Aktuatory przełącznik optyczny bazujący na mikrolustrach We wszystkich przełącznikach optycznych, mikrolustra odbijają sygnał niezależnie od tego, z jaką prędkością zachodzi transmisja i jaki jest protokół. Technologia uważana za dominującą w przyszłości do budowy przełączników fotonicznych. http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/mems 25

Aktuatory przełącznik optyczny bazujący na mikrolustrach Silicon Light Machines of Sunnyvale, California Pojedynczy piksel Grating Light Valve Elektrostatyczne odchylenie naprzemiennych wstążek powoduje zmianę własności optycznych powierzchni piksela z odbijających na rozpraszające. 26

Aktuatory przełącznik optyczny bazujący na mikrolustrach Optical Micromachines, Inc. Optyczny przełącznik dwustanowy Przełącznik optyczny Technologia SOI, trawienie DRIE 27

United States Patent 7011415, Yokeless hidden hinge digital micromirror device, http://www.freepatentsonline.com/7011415.html System telewizji projekcyjnej (Texas Instruments) Mikrozwierciadło Al ze sterowaniem cyfrowym Układ DMD +DLP -Digital Light Processing -Digital Micro-mirror Devices Mikrozwierciadło Al ze sterowaniem cyfrowym Układ DMD +DLP -Digital Light Processing -Digital Micro-mirror Devices Struktura adresująca CMOS SRAM Matryca mikrozwierciadeł Typowe parametry: 768 X 576 pixeli, tj. 442368 zwierciadeł Zasada działania: Lustra pochylane elektrostatycznie Światło wiązki lasera pada na DLP Odbija się w konkretne miejsce na ekranie lub poza nim (obszar czarny) 28

http://www.nist.gov/pml/div685/hyperspectral.cfm Obrazowanie wielowidmowe (hiperspectral imaging) Technika rejestracji obrazu będąca uogólnieniem fotografii barwnej na pełną przestrzeń barw w zakresie światła widzialnego, a także mikrofal, dalekiej i bliskiej podczerwieni oraz ultrafioletu. Układ HIP używany w medycynie jako narzędzie diagnostyczne podgląd uszkodzeń tkanek i gojenia się ran. Schemat układu DMD używanego w systemie Hyperspectral Image Projector. Skąłd się on z matrycy 1024x768 luster, każde z nich ma szerokość 14 um (1/7 grubości włosa). 29

Głowice drukarek atramentowych miniaturowe dysze Budowa dyszy Zasada działania 30

Mikrozawory Redwood Microssytems of Menlo Park, California Zawór normalnie otwarty: podgrzanie cieczy kontrolnej zamkniętej wewnątrz komory powoduje ugięcie membrany Si i zablokowanie przepływu cieczy. 31

Mikrozawory TiNi Alloy Company of San Leandro, California Zawór normalnie zamknięty: sprężyny TiNi są normalnie ugięte i przepływ cieczy jest zamknięty, podgrzanie powoduje odkształcenie membrany do pozycji płaskiej i odblokowanie przepływu cieczy. Szafirowa kulka + sprężyna zapewniają docisk. 32

Mikropompa Instytut Fraunhofera, Monachium, Niemcy Wymiary: 7 7 2 mm 3 Pobudzenie elektrostatyczne membrany moduluje objętość cieczy w komorze. Membrana sekwencyjnie zasysa i wyrzuca płyn z mikropompy. 33

Akcelerometr dwuosiowy MEMS Firma MEMSIC, Inc. Zasada działania wykorzystuje bąbelek gazu (!). Obszar w środku to rezystor podgrzewający ów bąbelek. Naokoło niego mieszczą się termopary wykrywające położenie bąbla, gdy urządzenie jest przechylane lub działa na nie przyśpieszenie. http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/mems 34

Aktuatory mikrosilnik magnetyczny 35

Mikrosystemy http://mems.sandia.gov/scripts/images.asp. 36

http://mems.sandia.gov/about/electro-mechanical.html Mikrosystemy Wibracyjny żyroskop MEMS wykonany w Sandia umożliwiający integrację MEMS i elektroniki w tym samym podłożu krzemowym 37

Mikrosystemy Model pierwszej Toyoty w skali 1:1000 (dł. 4.8mm). Pojazd w pełni funkcjonalny. Mikrosamochód (Nippondenso Co., Ltd, Japan) Silnik elektromagnetyczny, szybkość 2 cm/s 38

Mikromaszyny w zastosowaniach medycznych Minimalnie inwazyjna terapia (MIT) Minimalnie inwazyjna chirurgia (MIS) Miniaturowa łódź podwodna (4 x 0.8 mm) w naczyniu krwionośnym (Micro TECH Duisburg) 39

Mikromaszyny w zastosowaniach medycznych Manipulator endoskopowy do chirurgii guza KEITH J. REBELLO, Applications of MEMS in Surgery, http://www.dei.uminho.pt/pessoas/biomedica/ultra/01258171.pdf 40

Co dalej? NEMS Nano-Electro-Mechanical Systems Urządzenia integrujące funkcjonalność elektryczną i mechaniczną w nanoskali. Krytyczne podczas tworzenia medycznych urz. diagnostycznych, wyświetlaczy, urz. przechowywania danych. Mogą służyć do testowania i przenoszenia pojedynczych biomolekuł, co nie jest możliwe w makroskali. Mogą pracować tam, gdzie większe struktury nie pasują (np. wewnątrz ciała ludzkiego). Nanomateriały (nanowarstwy, nanodruty, nanostruktury itd.) Nanotechnologie Materiały funkcjonalizowane Nanorurki węglowe: tranzystory i struktury logiczne Elektronika molekularna: tranzystory, przełączniki, połączenia, pamięci Elektronika oparta o plastik: giętkie obwody, połączenia drukowane itp.. 41

Materiały dodatkowe, źródła W. Maziarz, Wspołczesne czujniki ciśnienia, Elektronik 1 (2002) 45 49. N. Maluf, An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering, Artech House, Inc., Boston, 2000. M. Gad-el-Hak, (red.), The MEMS handbook, The Mechanical Engineering Handbook Series. CRC Press, Boca Raton, 2002. S. Beeby, G. Ensell, M. Kraft i N. White, MEMS Mechanical Sensors, Microelectromechanical Systems (MEMS) Series. Artech House, Inc., Boston, 2004. J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowoszklanych w technice mikrosystemow, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2002. J. M. Łysko, Anizotropia trawienia i piezorezystancji w kryształach połprzewodnikow. Przykłady wykorzystania w przyrządach MEMS, Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa, 2004. Michael A. Cullinan i inni, Scaling electromechanical sensors down to the nanoscale, Sensors and Actuators A 187 (2012) 162 173 http://mems.sandia.gov/about/actuators.html http://www.bacteria-world.com/what-are-mems.htm http://e-fab.com/ http://www.dei.uminho.pt/pessoas/biomedica/ultra/01258171.pdf FILM: metoda LIGA - http://www.youtube.com/watch?v=oi0hgo_dmsg http://www.memsnet.org/mems/fabrication.html 42