向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

兼具MEMS和光子传感器优势的微光机械(MOMS)技术

时间:2019-06-21 阅读:
目前业内主要有两大类先进的压力传感器:MEMS传感器和光子传感器。基于MEMS技术的压力传感器具有类似的机械检测原理(膜的形变),但改变的是电学特性。凭借它们的小型化和性能,MEMS压力传感器在汽车、医疗、高度和深度测量以及流量传感等领域的应用已经很成熟。

2017年底,欧洲微电子研究中心(imec)推出了基于MOMS(微型光机械系统)技术的压力传感器。本质上来说它是一种将膜片(微米级)的机械运动转换为光学信号的传感器。其工作原理为:先在膜片上构建光学电路,例如长波导;膜片受到压差刺激产生形变,改变光学电路的特性,例如从长波导出射的光的相位;然后通过光学读出该相移,从而确定最初施加到传感器上的压力。

039ednc20190621

承载光波导的膜的形变引起光波的相移,从而计算施加的压力

MOMS传感器有哪些应用?

目前业内主要有两大类先进的压力传感器:MEMS传感器和光子传感器。基于MEMS技术的压力传感器具有类似的机械检测原理(膜的形变),但改变的是电学特性。凭借它们的小型化和性能,MEMS压力传感器在汽车、医疗、高度和深度测量以及流量传感等领域的应用已经很成熟。

光子传感器应用了穿过被拉伸材料时光波的变化特性。由于其更高的灵敏度和更低的噪音,它们很受欢迎,但无法用于微型化和集成系统。凭借MOMS技术,imec开发的传感器具有与光子传感器相同的性能以及MEMS传感器的小尺寸,具有极高的精度、线性度和宽动态范围,结合了上述两种技术的优势。

可用于最苛刻的应用

得益于MOMS技术的多方面优势,imec看到了应用潜力。首先,传感器中微小的机械形变可以引起大的光学效应,从而带来高灵敏度;其次,MOMS传感器不含金属,这使它们特别适合医疗应用,例如,能够与MRI等磁共振系统兼容;此外,它们的生物相容性已经得到证实,因此它们可以用于人体植入,例如颅内压检测等。

040ednc20190621

imec开发的MOMS传感器具有抗辐射和生物相容性,因此非常适合医疗应用

MOMS传感器的另一个优势是机械运动和光学读出是分离的,并且与电流无关。这使得MOMS器件抗辐射并且对电磁干扰不敏感。至少同样重要的是,这可以实现大规模多路复用:通过光学总线并行读取数量空前的传感器,而不需要集成的支持电子元件。imec正在对接产业界,共同寻找需要这种性能的杀手级应用。例如,现在畅想的具有数千个集成MOMS传感器的手术手套,可用于肿瘤的触觉检测。

日益普及

不过,MOMS技术并不是一项全新的技术。第一篇参考文献甚至可以追溯到上个世纪九十年代。尽管如此,MOMS技术仍处于起步阶段。主要是因为相较传统的光子传感器,MOMS器件需要先进的微型化和工艺技术才能发挥其全部潜力。因此,近年来MOMS的普及同步于光子学领域的加速发展并非巧合。

至少,在imec的情况确实如此,imec数年前开始研究MOMS,结合了imec强大的氮化硅(SiN)光子学平台和在MEMS技术领域的专业积累。同时,在imec试验产线中MOMS有自己的工艺,基于低温SiN沉积(PECVD)和200 mm深紫外(UV)光刻。这种级别的工艺整合提高了传感器的品质,而且还可以对光学成像器进行后处理。不过,imec的MOMS传感器性能的最大提升源自其设计。

智能系统设计

MOMS压力传感器设计通常是基于Mach-Zehnder干涉仪(MZI)或环形谐振器。imec的MZI设计采用了一种巧妙的方法,得益于环路的数量和形状,它们的范围更广。

041ednc20190621

经典MZI设计

042ednc20190621

038ednc20190621

imec的新设计(设计方案和实物照片),其中不同形状的多个环路可以在很宽的范围内实现高灵敏度

添加环路可以提高传感器的灵敏度,但会降低其明确的测量范围。因此,imec的设计将短螺旋波导(单环)和长螺旋波导整合在一个薄膜上。通过巧妙地整合来自两个波导的信号,imec的MOMS传感器能够保持高灵敏度和宽范围。首批测量表明,在超过100 kPa的范围内其标准偏差小于1 Pa,这与商用传感器相近,但没有MEMS传感器的电磁敏感度,并且比典型的光子传感器尺寸更小。

(来源:微迷)

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 选择正确的加速度计,以进行预测性维护 针对机器健康状况的分析被称为基于状态的监控(CbM),与基于通常非常保守的固定时间表的系统型维护系统相比,能够控制维护成本。除了维护操作计划更为灵活之外,还能在早期阶段检测出问题,让操作人员能够据此安排机器的停机时间,比起生产线以外停机,这显然要好得多。
  • 带故障注入功能的高精度旋转变压器仿真系统 旋转变压器在EV、HEV、EPS、变频器、伺服、铁路、高铁、航空航天等需要获取位置和速度信息的应用中获得广泛使用。这些系统采用旋转变压器数字转换器(RDC)来获取数字位置和速度数据。用户的系统会出现干扰和故障问题,很多时候他们都想评估角度和速度在受干扰条件下的精度性能,找出和验证引发问题的根本原因,然后修复和优化系统。
  • 迷路的陀螺仪… 问:我听说陀螺仪航向的漂移误差可能会随时间推移而累积,我的IMU会发生这种问题吗?
  • 芯片级拆解iPhone 11 Pro Max,物料成本清单曝光 国外机构Techinsights再对iPhone 11 Pro Max进行了更深度的芯片级拆解,详细分析了其整体的BOM物料成本。
  • 拆解iPhone11 Pro Max:三摄、反向无线充电有哪些秘密? 21日,国外著名拆解网站iFixit正式上线了iPhone 11 Pro Max的详细拆解报告。iPhone 11 Pro Max的三摄有哪些秘密?iPhone 11内部到底有没有反向无线充电的硬件?更长的续航时间是如何做到的?内部结构发生了哪些变化?EDN带大家详细分析该拆解报告:
  • 基于NFC的嵌入式系统自检 随着白色家电和电子产品设计日益复杂,设计师不得不开始关注产品的易用性和排障的便利性。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告