Измерительные цепи емкостных МЭМС-датчиков для ракетно-космической техники
Диссертация
Общим недостатком большинства отечественных и зарубежных емкостных МЭМС-датчиков, основу которых составляет дифференциальный кремниевый микроконденсатор (ДКМ), является неудовлетворительная стабильность, ограничивающая возможности совершенствования метрологических характеристик (МХ) датчиков. Гипотезой, объясняющей наличие нестабильности, долгое время являлось предположение значимости влияния… Читать ещё >
Содержание
- Список сокращений и обозначений
- 1. Состояние разработок емкостных МЭМС-датчиков и измерительных цепей для них
- 1. 1. Состояние разработок емкостных МЭМС-датчиков. 12 Дифференциальный кремниевый микроконденсатор — основной элемент конструкции МЭМС-датчика
- 1. 2. Основные проблемы развития емкостных МЭМС-датчиков и измерительных цепей для них
- 1. 3. Измерительные цепи МЭМС-датчиков
- 1. 4. Приоритетные направления совершенствования емкостных МЭМС-датчиков
- Выводы и задачи дальнейших исследований
- 2. Исследование конструктивно-технологических методов повышения стабильности измерительных цепей емкостных МЭМС-датчиков
- 2. 1. Исследование технологических проблем совершенствования емкостных МЭМС-датчиков
- 2. 2. Исследования температурно-деформационной нестабильности смещения нуля измерительных цепей емкостных
- МЭМС-датчиков
- 2. 3. Исследование механизмов влияния полупроводниковых свойств кремния на нестабильность емкостных МЭМС-датчиков
- 2. 4. Исследование возможности оптимизации выбора известных измерительных цепей для построения высокостабильных емкостных МЭМС-датчиков
- Выводы
- 3. Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет реализации измерительных цепей на основе схем импульсного уравновешивания
- 3. 1. Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет построения измерительной цепи на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов
- 3. 2. Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет реализации измерительной цепи на основе схем импульсного уравновешивания сил
- 3. 3. Исследование и разработка методов стабилизации зарядового состояния в дифференциальном кремниевом микроконденсаторе МЭМС-датчика
- Выводы
- 4. Экспериментальные исследования разработанных МЭМС-акселерометров на основе реализации режимов импульсного уравновешивания в измерительных цепях
- 4. 1. МЭМС-акселерометр с измерительной цепью на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов
- 4. 2. МЭМС-акселерометр с измерительной цепью на основе импульсного уравновешивания
- 4. 3. Экспериментальные исследования уровня собственных шумов разработанных МЭМС-акселерометров
- 4. 4. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований
- Выводы
Список литературы
- Акселерометры AT 1104, AT 1105. Информационные материалы ОАО «Арзамасское научно-производственное объединения «Темп-Авиа»
- Акселерометры типа КИ. Группа 66. Приборы и лабораторное оборудование. Информационные материалы Научно-исследовательского Института прикладной механики имени академика В. И. Кузнецова (НИИПМ) с. 20−23.
- Аллен Ф., Санчес-Синенсио Э. Электронные схемы с переключаемыми конденсаторами. М.: Радио и связь, 1989. 576 с.
- Андреев В. В., Барышев В. Г., Бондаренко Г. Г. и др. Метод многоуровневой токовой нагрузки для исследования генерации и релаксации положительного заряда в МДП-структурах // Микроэлектроника, 2003. Том 32. № 2. с. 152−158.
- Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981. 392 с.
- Антонова И. В., Стучинский В. А., Наумова О. В. и др. Флуктуация заряда на границе сращивания в структурах «кремний на изоляторе» // Физика и техника полупроводников, 2003. Т. 37, вып. U.c. 1341−1345.
- Беляев В. От электромеханических и дискретных решений к МЭМС / МСТ // Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 27−34.
- Беляева А. И., Галуза А. А., Коломиец С. Н. Границы раздела слоев и шероховатость в многослойной кремниевой структуре // Физика и техника полупроводников. 2004. — Том 39. — № 9. — С. 1050 — 1055.
- Беляева А. И., Галуза А. А., Коломиец С. Н. Границы раздела слоев и шероховатость в многослойной кремниевой структуре // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1050−1056.
- Берлин Е.В., Двинин С. А., Михеев В. В. и др. Двумерные распределения плотности плазмы в газовом разряде низкого давления // Физика плазмы.-2004. -№ 12. С. 1043 — 1051.
- Берман Л. С. Анализ временной нестабильности параметров границы раздела диэлектрик соединение АШВУ методом изотермической релаксации емкости // Физика и техника полупроводников. — 1997. — Том 32. — № 1. — С. 78 -82.
- Берман Л. С. Моделирование вольт-фарадных характеристик сегнето-электриков // Физика и техника полупроводников. 2005. — Том 39. — Вып. 12. -С. 1436- 1439.
- Бесекерский В. А. Динамический синтез систем автоматического регулирования. М.: Изд-во «Наука», 1965. 515 с.
- Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 767 с.
- Битюцкая Л. А., Селезнев Г. Д. Тепловой фликкер-шум в диссипатив-ных процессах предплавления кристаллических веществ // Физика и техника полупроводников. 1998. — Том 24. — № 3. — С. 24 — 27.
- Блинов А. В., Гамкрелидзе С. А., Критенко М. С. и др. Датчики нового поколения для вооружений и военной техники // Электроника: Наука. Технология. Бизнес, 2003. № 2. с. 52−55.
- Вавилов B.C., Киселев В. Ф., Мукашев Б. Н. Дефекты в кремнии и на его поверхности. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990 (Физика полупроводников и полупроводн. приборов). — 216 с.
- Валиев К.А., Орликовский A.A., Васильев А. Г., Лукичев В. Ф. Проблемы создания высоконадежных многоуровневых Соединений СБИС // Микроэлектроника, 1990, том 19, вып. 2, с. 116−131.
- Васильев А., Лучинин В., Мальцев П. Микросистемная техника. Материалы, технологии, элементная база //Электронные компоненты, 2000. № 4.
- Васильев В. Ю. Процессы релаксации тонких слоев борофосфоросили-катных стекол при термически активированном вязком течении на ступенчатом рельефе интегральных микросхем // Микроэлектроника, 2003. Том 32, № 3. с. 163−176.
- Волович А., Волович Г. Интегральные акселерометры // Компоненты и технологии, 2002. № I.e. 66−72.
- Востоков Н. В., Шашкин В. И. Электрические свойства наноконтактов металл полупроводник // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1084−1089.
- Востриков Н. В., Шашкин В. И. Электрические свойства наноконтактов металл полупроводник // Физика и техника полупроводников. — 2004. -Том 38. — № 9. — С. 1084- 1088.
- Врачев А. С. Возможности низкочастотного шума как прогнозирующего параметра при оценке качества и надежности изделий электронной техники // Мат. докл. научн.-техн. семинара «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М., 1996.
- Глазов В. М., Осипов Ю. В., Тимошина М. И., Зубков А. М. Электрофизические свойства монокристаллов кремния в широком интервале температур // Приборы. 2005. — № 11. — С. 11 — 16.
- Горлов М. И., Андреев А. В., Ануфриев Л. П. и др. Технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства // Микроэлектроника, 2004. Том 33, № 1. с. 24−34.
- Горлов М. И., Емельянов В. А., Адамяи А. Г. Диагностические методы контроля и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий. Минск: Бел. навука, 2003.
- Горлов М. И., Емельянов В. А., Николаева А. П., Жарких А. П. Способы определения потенциально ненадежных полупроводниковых приборов // Межв. сб. науч. трудов «Твердотельная электроника и микроэлектроника». Воронеж: ВГТУ, 2003.
- Горлов М. И., Емельянов В. А., Строгонов А. В. Геронтология кремниевых интегральных схем. М.: Наука, 2004. 240 с.
- Горлов М. И., Жарких А. П. Влияние ЭСР на значения низкочастотных шумов транзисторов КТ209 // Сб. научи, трудов «Твердотельная электроника и микроэлектроника». Воронеж: ВГТУ, 2001.
- Горлов М. П., Ануфриев Л. П., Бордюжа О. Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. Минск: Интеграл, 1997.
- Горлов М., Емельянов А., Смирнов Д. Возможность отбраковки полупроводниковых приборов по уровню низкочастотного шума // Компоненты и технологии. -2005.- № 8. С. 198 — 201.
- ГОСТ 18 955–73. Акселерометры низкочастотные линейные. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1973. 12 с.
- ГОСТ 8.009−84. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений. М.: Изд-во стандартов, 1985. 42 с.
- ГОСТ Р ИСО 5725−1-2002-ГОСТ Р ИСО 5725−6-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002.
- Грановский В. А. Динамические измерения. Л.: Энергоатомиздат. ле-нингр. отд-ние, 1984. 224 с.
- Гудинафф Ф. Емкостной датчик ускорения, выполненный на основе сочетания объемной и поверхностной микроструктур // Электроника, 1993. № 11−12. с.86−88.
- Гурович Б. А., Аронзон Б. А., Рыльков В. В. и др. Формирование потенциальных барьеров на контакте металл-полупроводник с использованиемметода селективного удаления атомов // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1074−1079.
- Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергия, 1980.-248 е., ил.
- Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энерго-атомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. — 192 е., ил.
- Данилин B.C., Сырчин В. К. Устройства со скрещенными полями и перспективы их использования в технологии микроэлектроники. Вып.2 (1619).-М: ЦНИИ «Электроника», 1991.
- Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Динамика температурно-возмущенных гироскопических приборов и систем. Саратов.: Изд-во Саратовского унв-та, 1998. 236 с.
- Дьяконова Н. В., Левинштейн M. Е., Contreras S., Rnap W., Beaumont В. Низкочастотный шум в n-GaAs // Физика и техника полупроводников. 1998. — Том 32. — № 3. — С. 285−289.
- Дьяконова Н. В., Левинштейн M. Е., Румянцев С. Л. Шум 1/f в сильно легированном n-GaAs в условиях зона-зонной подсветки // Физика и техника полупроводников. 1997. — Том 31. — № 7. — С. 858 — 863.
- Жузе В. П., Николаев С. Н. // Журнал технической физики. 1953. -Вып. 23.-С. 913.
- Зайцев Н. А., Красников Г. Я., Матюшкин И. В. // Микроэлектроника. — 2000. — Т. 29. — № 6. — с. 449 451.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ.- 2-е перераб. и доп. изд. М.: Мир, 1984. — 456 е., ил.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ.- 2-е перераб. и доп. изд. М.: Мир, 1984. — 467 е., ил.
- Иванов А. М., Строкан Н. Б. Исследование шумов р±п-детекторов жестких излучений техникой амплитудного анализа // Журнал технической физики. 2000. — Том 70. — Вып. 2. — С. 139 — 142.
- Иориш Ю. И. Виброметрия. М.: ГНТИМЛ, 1963. 772 с.
- Ицкович Э. Современные датчики и тенденции их развития // Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 23−26.
- Калугин В. В. Исследование и разработка процессов подготовки поверхности кремниевых пластин при изготовлении структур кремний на изоляторе. Автореф. и диссерт. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Москва: МИЭТ (ТУ), 2001.
- Карба Л. П., Ульман Н. И. О выборе шумовых параметров для прогнозирования отказов транзисторов // Электронная техника. Сер. 8.1978. Вып. 7.
- Кнеллер В. Ю. Современное состояние сенсорной техники // Датчики и системы. -2001. -№ 11.-е. 53−61.
- Козлов В.В. О степени неустойчивости // Прикладная математика и механика. 1993. Т. 57. В. 5. С. 14 — 24.
- Комаров Б. А. Особенности отжига радиационных дефектов в кремниевых р п — структурах: роль примесных атомов железа // Физика и техника полупроводников. — 2004. — Том 38. — № 9. — С. 1079 — 1083.
- Корнилов С. А., Овчинников К. Д., Кислицин Э. Б. Источники 1/f-шума в лавинно-пролетных диодах из арсенида галлия // Физика и техника полупроводников. 1997. — Том 67. — № 8. — С. 65 — 70.
- Кострюков С. А., Холомина Т. А. Особенности анализа сигналов низкочастотного шума методом дискретного преобразования Фурье // Измерительная техника. 2005. — № 12. — С. 47 — 50.
- Коханчик Л. С., Шаповал С. Ю., Якимов Е. Б. Влияние плазменного травления на изображение доменов и сигнал вторичных электронов в кристаллах ниобата лития // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейронные исследования. 2002. — № 10. — С. 36 — 42.
- Красников Г. Я., Зайцев Н. А. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС. — М.: Микрон-принт, 1999. —Ч. I.
- Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. Ред. В.К. Тартаков-ский. Киев: Наук. Думка, 1989. — 864 с.
- Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. 320 с.
- Линьков Р.В., Миллер М. А. Ирншоу теорема. Физическа- энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 216.
- Липень А. Монолитные акселерометры Analog Devices ADXL 150/250// Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 61−63.
- Лучинин В. В., Таиров Ю. М., Васильев А. А. Особенности материало-ведческого базиса микросхем // Микросистемная техника, 1999. № 1. с. 7−10.
- Малинин В.В., Портнягин М. А., Гуселетов М. В. Схемы микроэлектронных аналоговых ключей и коммутаторов на полевых транзисторах. Обзоры по электронной технике. Серия 3 — Микроэлектроника. — М.: ЦНИИЭлек-троника, 1978, вып. 3 (590). — 76 е., ил.
- Маринко С. В., Блинов А. В. Анализ общих требований к датчикам, используемым в объектах вооружения и военной техники и системах контроля // Вестник метрологии. 2005. — № 3. — С. 18 — 22.
- Мартыненко Ю.Г. Движение твердого тела в электрических и магнитных полях. М.: Наука, 1988.- 368 с.
- Метальников В. В., Любезнов А. Н., Колганов В. Н., Папко А. А., Мал-кин Ю. М., Куличков А. В. Низкочастотные линейные компенсационные акселерометры // Приборы и системы управления, 1990. № 10. с. 21−22.
- Микроэлектромеханические системы (МЭМС). Обзор зарубежной научно-технической информации. Москва. ООО «Авиакосмические технологии»,. 2005. АКТ/ТО-05−05−01. 19 с.
- Мнацаконов Т. Т., Поморцева J1. И, Шуман В. Б. Исследование электронно-дырочного рассеяния в р-кремнии при низком уровне инжекции носителей заряда // Физика и техника полупроводников. — 1997. Том 31. — № 7. — С. 833 -835.
- Мокров Е. А. Папко А. А. О решении проблемы формирования динамических характеристик акселерометров уравновешивающего преобразования. Труды научно-технической конференции «Датчики и детекторы для авиационной техники» «ДДАТ-2003», г. Пенза, 2003. с 26.
- Мокров Е. А. Папко А. А. Об оптимизации функций обратных преобразователей компенсационных акселерометров. Измерительная техника, 2004. № 5. с. 41−43.
- Мокров Е. А. Состояние и перспективы развития акселерометров НИИ физических измерений // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент, 1998. № I.e. 6−24.
- Мокров Е. А., Папко А. А. Акселерометры НИИ физических измерений элементы микросистемотехники // Микросистемная техника, 2002, № 11.
- Нарышкин А. К., Врачев А. С. Теория низкочастотных шумов. М.: «Энергия», 1972. 152 с.
- Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1968. 248 с.
- Обеднин А. А. Электродуговая плазменная обработка пластин кремния перед окислением // Микросистемная техника. 2003. — № 1. — С. 13−21.
- Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев: Вища школа, 1983. — 455 е., ил.
- Павлов Л. П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы». 2-е изд., пераб. И доп. — М.: Высш. шк., 1987. — 239 с.
- Реактивное ионно-плазменное травление и осаждение // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2005. — № 8. — С. 14 — 16.
- Робинсон Ф.Н. Х. Шумы и флуктуации в электронных схемах и цепях. Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1980. — 256 с.с. 3−11.
- Сиберт У. М. Цепи, сигналы, системы: в 2-х ч. М.: Мир, 1988. 336 с.
- Синельников А. Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы и средства поверки и градуировки. М.: Изд-во стандартов, 1976. 176 с.
- Соколов Л.В., Школьников В. М. Временная стабильность интегральных датчиков как важнейшее условие их применения в авиационных микропроцессорных системах // Измерительная техника. 2002. — № 6. — с. 27 — 29.
- Стабилитрон 2С175Ц аАО.339.048 ТУ.
- Сугано Т., Икома Т., Такэиси Е. Введение в микроэлектронику. М.: Мир, 1988. 320 с.
- Тамм И. Б. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов. -11-е изд., испр. и доп. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. — 616 с.
- Тимошенков С. П., Калугин В. В., Прокопьев Е. П. Исследование технологии очистки поверхности пластин кремния в процессе изготовления структур КНИ и микроэлектронных изделий // Микросистемная техника. — 2003. № 1.-С. 13−21.
- Толстенок О. А., Холомина Т. А. Конструктивные и технологические особенности измерительно-преобразовательных микроэлектромеханических систем на основе кремниевых датчиков // Измерительная техника. 2004. — № 5. -с. 66−71.
- Тутов Е. А. Сенсорные гетероструктуры объект и инструмент исследования // Сенсор. — 2005. — № 5. — С. 2 — 12.
- Угрюмов Р. Б., Шапошник А. В., Воищев В. С. Спектральные и статические характеристики шума полупроводниковых газовых сенсоров в эквирези-стивных условиях // Журнал технической физики. 2004. — Том 74. — Вып. 7. -С. 134- 136.
- Файнштейн С.М. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов, изд. 3-е, переработ., М.: «Энергия», 1970. 296 с.
- Шимкявичус Ч. И. Долговременная стабильность первичных преобразователей давления на основе арсенидов галлия-алюминия // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2004. № 2. с. 35−37.
- Шлыков Г. П. Статические предельные метрологические модели линейных измерительных преобразователей. Серия «Метрология», Вып. 1: Лекция. Пенза: ПТУ, каф. МСК, 2003. — 24 с.
- Шляндин В.М. Основы автоматики. М.: Государственное энергетическое изд-во, 1958. — 367 е., ил.
- Электрические измерения неэлектрических величин / Под редакцией Новицкого П. В. Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1975. 576 с.
- Юркевич А. П., Вовченко Н. Е. Расчет электрических измерительных устройств и систем с силовой компенсацией. Государственное научно-техническое изд-во ОБОРОНГИЗ. М. 1961, 129 с.
- Якимов В. Н. Цифровой спектральный анализ на основе знакового двухуровнего преобразования непрерывных случайных процессов и асимптотически несмещенной оценки корреляционной функции // Измерительная техника. 2005. — № 12.-С. 18−23.
- Braun Е. A. Photoresist stripping faces low-k challenges // Semiconductor international. Oct. 1999. Vol. 22. N 12. P. 64−74.
- Deal В. В., McNeilly M. A., Kao D. В., de Larios J. M. Vapor phase wafer cleaning and integrated processing: technology for the 1990's // Proceeding — Institute of Environmental Sciences. 1990.
- УТВЕРЖДАЮ Зам. Генерального конструктора1. Б. Соколов1. Акт № К321/10- I278
- Открытое акционерное общество НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ (ОАО «НИИФИ»)
- Внедрение результатов исследований М. А. Калинина позволило повысить стабильность выходного сигнала акселерометров АЛЕ 056, АЛЕ 058 более, чем в 3 раза и уменьшить уровень собственных шумов более, чем на порядок по сравнению с известными аналогами.