حساسات أشياء الموصلات والأجهزة الميكروكهروميكانيكية Semiconductor Sensors and Microeletromechanical Devices

حساسات أشياء الموصلات والأجهزة الميكروكهروميكانيكية :

Semiconductor Sensors and Microeletromechanical Devices

كثير من الطرق الحديثة لإنتاج الدوائر المتكاملة قد تبنت تصميمات لمستوي جديد من حساسات أشباه الموصلات والمشغلات الميكانيكية actuators أطلق عليها الاسم Microeletromechanical (MEM) devices أي الأجهزة الميكوكهروميكانيكية . في عام 1980 كان ظهور أول حساس MEM يستخدم تكنولوجيا الدوائر المتكاملة لطباعة السيليكون وإنتاج جهاز يستجيب للعجلة . وهو يتكون من كابولي من السيليكون silicon cantilever معه integral semiconductor strain gages . تتسبب العجلة في إنحراف الكابولي ( نتيجة قصورة الذاتي ) وتستشعر الـ strain gage قيمة العجلة . تم طبع القضيب والـ strain gage علي جزء واحد من السيلكون .

يتم تصنيع الدوائر المتكاملة ICs عن طريق سلسلة من العمليات تشتمل علي : تكوين طبقات الطباعة الحجرية المقاومة للضوء photoresist lithographic layering وعملية التعرض للضوء light exposure والطباعة الكيميائية المحكومة controlled chemicd etching وعملية ترسيب البخار vapor deposition وعملية الغمس (إضافة الشوائب) doping . عملية الطباعة الكيميائية مهمة في الأجهزة الميكانيكية الدقيقة ويمكن تخليقها عن طريق وسيلة معروفة بالاسم '' micromachining'' . يمكن تكوين إصدارات من الـ accelerometers والمحركات الكهربية الاستاتيكية static electric motors ومحركات تعمل بالغاز أو محركات هيدروليكية عن طريق قناعات masks مصممة بعناية وغمر موقوت في أحواض كيميائية .

تأسست تصميمات حساسات أشباه الموصلات علي خواص كهرومغناطيسية مختلفة للسيلكون المغموس doped silicon والجاليوم المزرنخ gallium arsenide وطرق متنوعة بحيث تعمل أشباه الموصلات في بيئات فيزيائية مختلفة . فيما يلي قائمة تلخص بعض خواص أشباه الموصلات التي هي أساس لمستويات مختلفة للـ semiconductor MEMs :

· The piezoresistive characteristic of doped silicon . the coupling between resistance change and deformation , is the basis for semiconductor strain gages and pressure sensors .

· The magnetic characteristic of doped silicon, principally the Hall effect , are the basis of semiconductor magnetic transistors where the Hall effect , are the basis of semiconductor magnetic transistors where the collector current can be modulated by an external magnetic field .

· Eletromagnetic waves and nuclear radiation induce electrical effect in semi-conductors, forming the basis of light color sensors and other radiation detectors .

· The thermal properties of semiconductors are the basis for thermistors, thermal conductivity sensors, humidity sensors , and temperature sensor ICs.

تعد أجهزة الموجات الصوتية السطحية surface acoustic wave (SAW) صنف مهم من حساسات الـ MEM يحتوي جهاز الـ SAW علي طبقة سفلية substate بيزوكهربية مسطحة مع صور patterns معدنية مطبوعة ليزوجراف ومترسبة علي السطح . تشكل هذه الصور transducers (IDT) nterdigital و reflection couper متدرج كما بالشكل إذا سلطت إشارة دخل علي الـ IDT فإنها تثير deformation في طبقة البيزوكهربي piezoelectric substrate

مولدة موجة صوتية تنتشر علي السطح . وبالعكس , يمكن أن تنتج موجة SAW جهداً في LDT فيعطة إشارة خرج .

يوضح الشكل تطبيق شائع لجهاز SAW هو نظام تعريف لاسلكي wireless identification system . يرسل المرسل نبضة يستقبلها جهاز passive SAW عن طريق هوائي antenna تنعكس موجة الـ SAW الناتجة كصورة pattern من النبضات مناظرة للـ reflector grating . ترسل النضات خلال نفس الهوائي لتعود إلي المستقبل مما يسمح بـ Idetification جهاز الـ SAW . يستخدم هذا الجهاز علي الطرق السريعة للتعرف علي المركبات التي تحت المستقبل والموجود عند مقصورات دفع الرسوم .