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5-6-5 sistemas microeletromecânicos sic (mems) e sensores

5. Tecnologia de carboneto de silício

5-6-5 sistemas microeletromecânicos sic (mems) e sensores

2018-01-08

Conforme descrito no capítulo de hesketh sobre micro-usinagem neste livro, o desenvolvimento e uso de mems baseados em silício continua a se expandir. enquanto as seções anteriores deste capítulo se concentraram no uso de sic para dispositivos eletrônicos semicondutores tradicionais, também se espera que sic desempenhe um papel significativo em aplicações emergentes de mems. sic tem excelentes propriedades mecânicas que solucionam algumas deficiências de mems baseadas em silício, tais como extrema dureza e baixo atrito, reduzindo o desgaste mecânico, bem como excelente inércia química a atmosferas corrosivas. por exemplo, a durabilidade excelente dos sics está sendo examinada como permitindo a operação de longa duração de micromotores elétricos e fontes de geração de energia de micro-motores a jato onde as propriedades mecânicas do silício parecem ser insuficientes.


infelizmente, as mesmas propriedades que tornam o sic mais durável que o silício também tornam a sic mais difícil para o micromachine. abordagens para a fabricação de estruturas de mems em ambiente severo em sic e prototype sic-mems obtidos até hoje são revisados ​​nas referências 124 e 190. a incapacidade de realizar gravação com padrões finos de monocristalino 4h- e 6h-sic com produtos químicos úmidos (seção 5.5.4) torna a micro-usinagem deste tipo de sic mais difícil. portanto, a maioria das micro-usinagens sic até o momento foi implementada em sic heteroepitaxial 3c-sic e policristalino eletricamente inferior depositado em wafers de silício. Variações de micro-usinagem a granel, micro-usinagem de superfícies e técnicas de micromoldagem têm sido usadas para fabricar uma ampla variedade de estruturas micromecânicas, incluindo ressonadores e micromotores. um serviço padronizado de fundição de processo de fabricação micromecânica com sic sicon on wafer de silício, que permite que os usuários realizem seus próprios dispositivos micromachinados sic específicos de aplicativos enquanto compartilham espaço e custo de wafer com outros usuários, está comercialmente disponível.


para aplicações que requerem eletrônica sic de alta temperatura e baixo vazamento não é possível com camadas sic depositadas em silício (incluindo transistores de alta temperatura, como discutido na seção 5.6.2), conceitos para integrar eletrônicos muito mais capazes com mems em wafers sic de 4h / 6h com epilayers também foram propostos. por exemplo, sensores de pressão sendo desenvolvidos para uso em regiões de alta temperatura de motores a jato são implementados em 6h-sic, em grande parte devido ao fato de que o vazamento de junção baixa é necessário para alcançar a operação correta do sensor. Eletrônica de transistor integrado 4h / 6h on-chip que habilita habilmente o condicionamento de sinal no local de detecção de alta temperatura também estão sendo desenvolvidos. Com todos os sensores baseados em micromecânica, é vital empacotar o sensor de uma maneira que minimize a imposição de tensões induzidas termomecânicas (que surgem devido a incompatibilidades do coeficiente de expansão térmica sobre amplitudes de temperatura muito maiores ativadas por sic) nos elementos sensores. portanto (como mencionado anteriormente na seção 5.5.6), o empacotamento avançado é quase tão crítico quanto o uso de sic para expandir o envelope operacional de mems em ambientes adversos.


Conforme discutido na seção 5.3.1, a principal aplicação dos sensores de ambiente agressivo é permitir o monitoramento ativo e o controle dos sistemas do motor de combustão para melhorar a eficiência de combustível e reduzir a poluição. Para este fim, as capacidades de alta temperatura da sic permitiram a realização de protótipos catalíticos de metal-sic e metal-isolante protótipo de estruturas de gás com grande promessa para aplicações de monitoramento de emissões e detecção de vazamento do sistema de combustível. a operação de alta temperatura dessas estruturas, impossível com o silício, permite a detecção rápida de alterações no conteúdo de hidrogênio e hidrocarbonetos a sensibilidades de partes por milhão em sensores de tamanho muito pequeno que poderiam ser facilmente colocados discretamente em um motor sem a necessidade de resfriamento. entretanto, melhorias adicionais na confiabilidade, reprodutibilidade e custo dos sensores de gás baseados em sic são necessários antes que esses sistemas estejam prontos para uso generalizado em automóveis e aeronaves de consumo. em geral, o mesmo pode ser dito para a maioria das sic mems, que não alcançará ampla inserção benéfica do sistema até que a alta confiabilidade em ambientes severos seja assegurada por meio do desenvolvimento de novas tecnologias.

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