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加速度傳感器靈敏度提高100倍以上 噪聲降至十分之一以下

東京工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)與NTT研發(fā)加速度傳感器


  來源: 客觀日本 時(shí)間:2019-07-31 編輯:伊敏
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東京工業(yè)大學(xué)的益一哉校長等人與NTT尖端技術(shù)公司利用由多個(gè)金屬層形成的積層金屬結(jié)構(gòu),成功開發(fā)出具有超低噪聲和超高靈敏度特性的MEMS加速度傳感器。實(shí)現(xiàn)了利用以往的MEMS技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的1微(μ)G級(G=9.8m/s2,重力加速度)高分辨率檢測。

這是使超小型加速度傳感器提高分辨率和實(shí)現(xiàn)通用化的創(chuàng)新技術(shù),在醫(yī)療保健、基礎(chǔ)設(shè)施診斷、移動(dòng)體控制及機(jī)器人應(yīng)用等各種運(yùn)動(dòng)檢測用途中,有助于開發(fā)新的器件和系統(tǒng)。

該研究小組此前提出過利用金材料將MEMS加速度傳感器的砝碼體積削減至十分之一以下的方法。此次以該方法為基礎(chǔ),通過重疊多層金層形成MEMS結(jié)構(gòu),增加了單位面積的砝碼重量,與以往那些相同尺寸的傳感器相比,成功將靈敏度提高至100倍以上,噪聲降至十分之一以下。

相關(guān)研究成果已于2019年7月23日發(fā)布在國際學(xué)術(shù)論文期刊《Sensors and Materials》的網(wǎng)絡(luò)版上。

東京工業(yè)大學(xué)與NTT尖端技術(shù)組成的研究小組此前提出過利用金材料將MEMS加速度傳感器的砝碼體積削減至十分之一以下的方法。此次進(jìn)一步改良了該技術(shù),通過把由多個(gè)金屬層構(gòu)成的積層金屬結(jié)構(gòu)用作砝碼和彈簧,開發(fā)出了具有超低噪聲和超高靈敏度特性的MEMS加速度傳感器。

詳情見圖1,通過層疊多個(gè)金層形成砝碼,增加了單位面積的砝碼重量,降低了與砝碼重量成反比的噪聲(布朗噪聲)。另外,通過減輕砝碼的翹曲,還實(shí)現(xiàn)了最大限度利用4mm見方芯片面積的靜電容量傳感器,提高了靈敏度(單位加速度的靜電容量變化)。圖2是試制器件的整體照片和放大的電子顯微鏡照片。

圖1:器件截面構(gòu)造圖

 

圖2:試制件照片


因此,如圖3所示,與以往那些相同尺寸的傳感器相比,靈敏度提高到100倍以上,噪聲降至十分之一以下。這樣的話,預(yù)計(jì)利用超小型傳感器能實(shí)現(xiàn)1μG級的檢測。制作MEMS采用半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)和電解鍍金技術(shù),還可以在集成電路芯片上形成此次開發(fā)的MEMS結(jié)構(gòu)。因此,有望作為超小型加速度傳感器提高分辨率和實(shí)現(xiàn)通用化的技術(shù)使用。

圖3:噪聲與靈敏度的性能比較

關(guān)鍵詞:NTT 傳感器 檢測    瀏覽量:4143

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