Интегральный микромеханический акселерометр на основе туннельного эффекта содержит подложку

Интегральный микромеханический акселерометр на основе туннельного эффекта содержит подложку 1, неподвижный электрод 2, инерционную массу 3, расположенную с зазором относительно неподвижного электрода 2, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод 4, расположенный на инерционной массе 3 и образующий с неподвижным электродом 2 туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругую балку 5, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой 3, а другим — жестко закреплена относительно подложки 1, первую область изолирующего диэлектрика 6, расположенную под подвижным электродом 4 и отделяющую его от подложки 1, вторую область изолирующего диэлектрика 7, расположенную под неподвижным электродом 2 и отделяющую его от подложки 1, третью область изолирующего диэлектрика 8, расположенную над неподвижным электродом 2, металлический нагревательный элемент 9, расположенный над третьей областью изолирующего диэлектрика 8.

Работает устройство следующим образом [3]. При подаче напряжения питания на подвижный электрод 4 относительно неподвижного 2, на который подан нулевой потенциал, вследствие малости воздушного зазора, разделяющего области подвижного 2 и неподвижного 4 электродов, электроны, находящиеся в области неподвижного электрода 2 и имеющие достаточную вероятность прохождения сквозь потенциальный барьер, образованный воздушным зазором, туннелируют в область подвижного электрода 4 и создают туннельный ток, который является выходным сигналом устройства. Причем подвижный электрод 4 расположен на упругой балке 5, которая жестко соединена с первой областью разделительного диэлектрика 6, расположенной на подложке 1, неподвижный электрод 2 расположен над второй областью изолирующего диэлектрика 7, которая соединена с подложкой 1.

При пропускании тока через металлический нагревательный элемент 9, расположенный над третьей областью разделительного диэлектрика 8, он начинает нагреваться.

Поскольку металлический нагревательный элемент 9 обладает большим коэффициентом температурного расширения по сравнению с третьей областью разделительного диэлектрика 8 и расположенным под ней неподвижным электродом 2, структура, состоящая из неподвижного электрода 2, расположенной над ним третьей области разделительного диэлектрика 8 и расположенного над ней металлического нагревательного элемента 9, изгибается в направлении подвижного электрода 4.

При этом воздушный зазор, разделяющий подвижный 4 и неподвижный 2 электроды, уменьшается, вследствие чего потенциальный барьер, образованный воздушным зазором становится тоньше, электроны, находящиеся в области неподвижного электрода 2, с большей вероятностью туннелируют в область подвижного электрода 4, вследствие чего туннельный ток возрастает.

При достижении заданного значения туннельного тока температура металлического нагревательного элемента 9 стабилизируется, вследствие чего положение структуры, состоящей из неподвижного электрода 2, расположенной над ним третьей области разделительного диэлектрика 8 и расположенного над ней металлического нагревательного элемента 9, фиксируется относительно подложки 1.

При возникновении ускорения полупроводниковой подложки 1 в направлении оси, перпендикулярной ее плоскости, инерционная масса 3 с закрепленным на ней подвижным электродом 4 под действием сил инерции перемещается перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1 за счет изгиба упругой балки 5. Туннельный ток, протекающий между подвижным 4 и неподвижным 2 электродами, изменяется вследствие изменения ширины воздушного зазора, характеризуя величину ускорения.

На рисунке 2.4а приведено центральное сечение предлагаемого интегрального микромеханического акселерометра на основе туннельного эффекта. На рисунке 2.4б приведено сечение интегрального микромеханического акселерометра на основе туннельного эффекта в плоскости контактов к нагревателю. На рисунке 2.4в приведено

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector