Miniaturowy czujnik ciśnienia MEMS

Miniaturowy czujnik ciśnienia MEMS

Popyt na udoskonalone czujniki ciśnienia MEMS napędzany jest przez tak różne zastosowania, jak wiercenie szybów naftowych oraz zrobotyzowana chirurgia. Wraz z tym jak stają się oraz mniejsze, coraz trudniej jest zapewni ich stabilność i czułość. Południowokoreańscy naukowcy skonstruowali teraz miniaturowy czujnik, który zapewnia oba te parametry: stabilność i czułość.

Zasada miniaturowego czujnika ciśnienia jest prosta: stworzyć membranę odkształcaną przez ciśnienie, a następnie wbudować piezorezystor z materiału, w którym zmiana ciśnienia powoduje zmianę rezystancji elektrycznej, jak krzemowy nanoprzewód. W praktyce jednak nie jest to takie proste.

Łącząc w odpowiedni sposób trzy formy krzemu, naukowcy z A*STAR Institute of Microelectronics w Singapurze skonstruowali taki czujnik ciśnienia MEMS, który może znaleźć zastosowanie w zrobotyzowanej chirurgii.

Jako, że membrana musi przenieść minimalne zmiany ciśnienia na piezorezystor, będąc równocześnie odporną na deformacje i uszkodzenia, dobór materiału jest kluczowy. Pierwotnie Koreańczycy sięgnęli po dwutlenek krzemu ze względu na jego czułość na zmiany ciśnienia. Jednakże równocześnie materiał ten wykazuje tendencje do wyginania się i skręcania nawet bez ciśnienia. Dlatego naukowcy zastosowali podwójną warstwę dwutlenku krzemu z piezorezystywnymi krzemowymi nanoprzewodami pomiędzy oraz trzecią warstwę azotku krzemu dla stabilizacji.

„Duże naprężenia wewnętrzne azotku krzemu korzystnie wpływa na strukturę membrany, zakres pomiaru i odporność na wodę." – stwierdził Liang Lou z A*STAR. „Nasza praca jest pionierską demonstracją tego jak zintegrowanie krzemowych nanoprzewodów z wielowarstwową membraną pozwala zmniejszyć czujnik bez straty jego czułości." – dodał.

(lk)