Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы



Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы
Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы

 

G01L9/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению; передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, используемых для измерения давления с помощью электрических или магнитных средств (измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух и более величин давления G01L 15/00; вакуумметры G01L 21/00)

Владельцы патента RU 2522770:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Техническим результатом изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков. После присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов НиМЭМС последовательно подвергают воздействию тестовых значений нижнего P0 и верхнего предела PH измеряемого давления при полном восприятии нормальной T00, пониженной Т1 и повышенной Т2 температур, значения которых соответственно равны температуре нормальных климатических условий, максимально допустимой пониженной температуре и максимально допустимой повышенной температуре при эксплуатации датчика, измеряют выходные сигналы U00, UH00, U0T1, UHT1, U0T2, UHT2 НиМЭМС при одновременно воздействующих давлениях и температурах P0 и T00, PH и T00, P0 и T1, PH и T1, P0 и T2, PH и T2 и вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ05=[(UHT1-U0T1)-(UHT2-U0T2)](T1-T2)-1(UH00-U00)-1. 2ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Известен способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе НиМЭМС, предназначенного для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования, заключающийся в полировании поверхности мембраны, нанесении на нее диэлектрика, формировании на нем тензочувствительной схемы, присоединении контактной колодки к упругому элементу и присоединении контактов колодки к контактным площадкам тензочувствительной схемы, в котором перед нанесением диэлектрика изготавливают диэлектрическую втулку непосредственно в выемке упругого элемента, полируют поверхность мембраны одновременно с полировкой торца втулки, после чего наносят диэлектрик на мембрану упругого элемента и торец втулки и формируют тензосхему на диэлектрике мембраны и втулки [1].

Недостатком известного способа изготовления является сравнительно большая временная нестабильность вследствие различной формы окружных и радиальных тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи. Это связано с тем, что различная форма тензорезисторов приводит к разному временному изменению сопротивления этих тензорезисторов, в том числе вследствие различной скорости деградационных и релаксационных процессов в окружных и радиальных тензорезисторах.

Известен способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной НиМЭМС, предназначенного для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования, заключающийся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков [2].

Недостатком известного способа изготовления является сравнительно низкая временная стабильность вследствие отсутствия выявления на ранних стадиях изготовления потенциально нестабильных НиМЭМС. Отсутствие такого выявления при эксплуатации приводит к разному временному изменению сопротивления тензорезисторов НиМЭМС, в том числе вследствие различной скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной схемы. Недостаточная временная стабильность приводит к увеличению временной погрешности и уменьшению ресурса и срока службы датчика.

Целью предлагаемого изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы за счет более точного выявления на ранних стадиях изготовления потенциально нестабильных НиМЭМС, обеспечивающего пропуск на дальнейшую сборку тензорезисторов и мостовых измерительных цепей из этих тензорезисторов с одинаковым (в пределах выбранных критериев) временным изменением сопротивления, в том числе вследствие одинаковой скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной цепи, и проводящих элементах, соединяющих тензорезисторы в мостовую измерительную цепь.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной НиМЭМС, заключающемся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков в соответствии с заявляемым изобретением, после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов НиМЭМС последовательно подвергают воздействию тестовых значений нижнего Р0 и верхнего предела PH измеряемого давления при полном восприятии нормальной T00, пониженной Т1 и повышенной Т2 температур, значения которых соответственно равны температуре нормальных климатических условий, максимально допустимой пониженной температуре и максимально допустимой повышенной температуре при эксплуатации датчика, измеряют выходные сигналы U00, UH00, U0T1, UHT1, U0T2, UHT2 НиМЭМС при одновременно воздействующих давлениях и температурах P0 и T00, PH и T00, P0 и Т1, PH и Т1, Р0 и Т2, PH и Т2 и вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ05=[(UHT1-U0T1)-(UHT2-U0T2)](T1-T2)-1 (UH00-U00)-1, и, если |Ψτ05|<|ΨταΔ5|, где ΨταΔ5 - предельно допустимое значение критерия временной стабильности, которое определяется экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. Изготавливают (например, из сплава 36НКВХБТЮ) мембрану с периферийным основанием в виде оболочки вращения методами лезвийной обработки с применением на последних стадиях электроэрозионной обработки. Полируют поверхность мембраны с использованием электрохимикомеханической доводки и полировки или алмазной доводки и полировки. Методами тонкопленочной технологии на планарной поверхности мембраны последовательно наносят сплошными слоями диэлектрическую пленку в виде структуры SiO-SiO2 с подслоем хрома, тензочувствительную пленку (к примеру, из сплава Х20Н75Ю). При формировании перемычек и контактных площадок методом фотолитографии низкоомную пленку (например, из золота Зл 999,9 м), с подслоем (ванадия) наносят сплошным слоем на тензочувствительную пленку (из сплава Х20Н75Ю). Формируют перемычки и контактные площадки методом фотолитографии с использованием шаблона перемычек и контактных площадок. Формирование перемычек и контактных площадок можно проводить масочным методом. В этом случае, низкоомная пленка сплошным слоем не наносится, а напыляется через маску. Формирование тензоэлементов проводят методом фотолитографии с использованием ионно-химического травления в среде аргона и шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков. После присоединения выводных проводников к контактным площадкам НиМЭМС помещают в специальное технологическое приспособление, обеспечивающее подачу измеряемого давления на мембрану и защиту внутренней полости от воздействия окружающей среды, а также электрическое контактирование с использованием микросварки выводных проводников с измерительной цепью. НиМЭМС последовательно подвергают воздействию тестовых значений нижнего P0 и верхнего предела PH измеряемого давления при полном восприятии нормальной T00, пониженной Т1 и повышенной Т2 температур, значения которых соответственно равны температуре нормальных климатических условий, максимально допустимой пониженной температуре и максимально допустимой повышенной температуре при эксплуатации датчика. Измеряют выходные сигналы U00, UH00, U0T1, UHT1, U0T2, UHT2 НиМЭМС при одновременно воздействующих давлениях и температурах Р0 и T00, PH и T00, P0 и T1, PH и Т1, P0 и Т2, PH и Т2. Вычисляют критерий временной стабильности по соотношению Ψτ05=[(UHT1-U0T1)-(UHT2-U0T2)](T1-T2)-1 (UH00-U00)-1. Если |Ψτ05|<|ΨταΔ5|, где ΨταΔ5 - предельно допустимое значение критерия временной стабильности, которое определяется экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции. Если ΨταταΔ1, то данную сборку списывают в технологический отход или реставрируют.

Для установления причинно-следственной связи заявляемых признаков и достигаемого технического эффекта рассмотрим наиболее общие элементы тонкопленочных тензорезисторов, используемые при создании НиМЭМС. Анализ известных решений показал, что к таким элементам можно отнести следующие тонкопленочные элементы, изображенные на фиг.1: диэлектрический 7, тензорезистивный 2, адгезионный 3, контактный 4, а также соответствующие переходы между этими элементами.

Назначение вышеперечисленных элементов ясно из их названия. К элементам тонкопленочных тензорезисторов, влияющих на стабильность, необходимо отнести также и тонкопленочные проводящие элементы. На фиг.1 соотношения между толщинами тонкопленочных элементов и клины травления условно не изображены. Проводящие элементы тензорезисторов соединены последовательно с контактными элементами и используются для соединения тензорезисторов в мостовую измерительную цепь и с цепью питания и преобразования сигнала. С точки зрения повышения стабильности будем рассматривать только проводящие элементы, находящиеся в областях от контактных элементов до узлов мостовой измерительной цепи. Как правило, эти узлы совпадают с местами присоединения выводных проводников, соединяющих мостовую цепь с цепью питания и преобразования сигнала. При выполнении НиМЭМС с мостовой измерительной цепью из четырех рабочих тензорезисторов, как это изображено на фиг.2, при отсутствии элементов термокомпенсации выходной сигнал НиМЭМС в стационарном температурном режиме будет равен

U = E ( R 4 R 3 + R 4 R 1 R 1 + R 2 ) , ( 1 )

где Е - напряжение питания мостовой измерительной цепи; R1, R2, R3, R4 - сопротивление тензорезисторов R1, R2, R3, R4.

Проведя необходимые преобразования, получим

U = E ( R 2 R 4 R 1 R 3 ) [ ( R 1 + R 2 ) ( R 3 + R 4 ) ] 1 . ( 2 )

Определим условие временной стабильности НиМЭМС в виде

U ( τ + Δ τ ) = U ( τ ) , ( 3 )

где U(τ+Δτ) - начальный выходной сигнал в момент времени (τ+Δτ); U(τ) - начальный выходной сигнал в момент времени τ.

После подстановки в выражение (3) выражения (2) и обеспечения необходимой стабильности источника питания E(τ+Δτ)=E(τ), получим условие стабильности НиМЭМС в развернутом виде

[ R 2 ( τ + Δ τ ) R 4 ( τ + Δ τ ) R 1 ( τ + Δ τ ) R 3 ( τ + Δ τ ) ] × × { [ R 1 ( τ + Δ τ ) + R 2 ( τ + Δ τ ) ] × [ R 3 ( τ + Δ τ ) + R 4 ( τ + Δ τ ) ] } 1 = [ R 2 ( τ ) R 4 ( τ ) R 1 ( τ ) R 3 ( τ ) ] × { [ R 1 ( τ ) + R 2 ( τ ) ] × [ R 3 ( τ ) + R 4 ( τ ) ] } 1 ( 4 )

Анализ полученного условия показывает, что его с точки зрения математики можно обеспечить при бесчисленном множестве сочетаний сопротивлений тензорезисторов и их функциональных зависимостей от времени. В то же время, любые сочетания в случае неравенства сопротивлений различных тензорезисторов мостовой измерительной цепи НиМЭМС потребуют для выполнения условий стабильности различных, взаимосвязанных и точных функциональных зависимостей сопротивлений тензорезисторов от времени.

В результате анализа взаимосвязи тонкопленочных элементов тензорезистора (фиг.1) можно определить сопротивление j-го тонкопленочного тензорезистора в момент времени τ и (τ+Δτ) соответственно

R j ( τ ) = R P j ( τ ) + 2 R P A j ( τ ) + 2 R A j ( τ ) + 2 R A K j ( τ ) + 2 R K j ( τ ) + 2 К П j ( τ ) + 2 R П j ( τ ) , ( 5 )

R j ( τ + Δ τ ) = R P j ( τ + Δ τ ) + 2 R P A j ( τ + Δ τ ) + 2 R A j ( τ + Δ τ ) + 2 R A K j ( τ + Δ τ ) + + 2 R K j ( τ + Δ τ ) + 2 R К П j ( τ + Δ τ ) + 2 R П j ( τ + Δ τ ) ,                                                 ( 6 )

где RPj, RAj, RKj, RПj - соответственно сопротивление тензорезистивного, адгезионного, контактного, проводящего элемента j-го тензорезистора;

RРАj, RАКj, RКПj - соответственно сопротивление переходов элементов тензорезистивный - адгезионный, адгезионный - контактный, контактный - проводящий j-го тензорезистора.

В самом общем случае сопротивление каждого элемента тонкопленочного тензорезистора полностью определяется удельным поверхностным сопротивлением, эффективной длиной и эффективной шириной элемента или перехода. Причем экспериментальные исследования долговременного влияния внешних воздействующих факторов на датчики давления на основе тонкопленочных НиМЭМС показали, что в наибольшей степени на параметры, определяющие сопротивление тензорезисторов, влияют деформации, температуры и время. Поэтому можно в соответствии с выражениями (5), (6) представить сопротивления тонкопленочных тензорезисторов в виде следующих выражений:

R j ( τ ) = ρ P J ( ε P J , T P J , τ ) l P J ( ε P J , T P J , τ ) [ b P J ( ε P J , T P J , τ ) ] 1 + + 2 ρ P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) l P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) × × [ b P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) ] 1 + 2 ρ A J ( ε A J , T A J , τ ) l A J ( ε A J , T A J , τ ) [ b A J ( ε A J , T A J , τ ) ] 1 + + 2 ρ A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) × l A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) [ b A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) ] 1 + + 2 ρ K J ( ε K J , T K J , τ ) l K J ( ε K J , T K J , τ K J ) [ b K J ( ε K J , T K J , τ ) ] 1 + + 2 ρ К П J ( ε K J , T K J , τ ) l К П J ( ε K J , T K J , τ ) [ b К П J ( ε K J , T K J , τ ) ] 1 + + 2 ρ П J ( ε П J , T П J , τ ) l П J ( ε П J , T П J , τ ) × [ b П J ( ε П J , T П J , τ ) ] 1 ,                                     ( 7 )

R ( τ + Δ τ ) = ρ P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) l P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) [ b P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) ] 1 + + 2 ρ P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) × l P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) × × [ b P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) ] 1 + 2 ρ A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) l A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) × × [ b A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) ] 1 + + 2 ρ A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) l A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) × × [ b A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) ] 1 + + 2 ρ K J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) l K J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) [ b K J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) ] 1 + + 2 ρ К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) × l К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) [ b К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) ] 1 + + 2 ρ П J ( ε П J , T П J , τ + Δ τ ) × l П J ( ε П J , T П J , τ ) [ b П J ( ε П J , T П J , τ ) ] 1 ,                            ( 8 )

где ρPj, ρPAJ, ρAJ, ρAKJ, ρKJ, ρПJ, ρКПJ - эффективное удельное поверхностное сопротивление соответствующих элементов и переходов;

lPJ, lPAJ lAJ, lAKJ, lKJ, lКПJ, lПJ - эффективная длина соответствующих элементов и переходов;

bPJ, bPAJ, bAJ, bAKJ, bKJ, bКПJ, bПJ - эффективная ширина соответствующих элементов и переходов j-го тензорезистора;

εРJ, εPAJ, εAJ, εAKJ, εKJ, εКПJ, εПJ - относительная деформация, воздействующая на соответствующие элементы и переходы;

TPJ, TPAJ, TAJ, TAKJ, TKJ, TКПJ, TПJ - температура, воздействующая на соответствующие элементы и переходы; индексы PJ, AJ, KJ, ПJ означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов адгезионному, контактному, проводящему элементам j-тензорезистора;

индексы PAJ, AKJ, КПJ означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов переходам резистивный - адгезионный, адгезионный - контактный, контактный - проводящий j-тензорезистора;

j=1, 2, 3, 4 - номер тензорезистора в мостовой схеме; τ - начало отсчета времени; Δτ - тестовый интервал времени.

Для обеспечения независимости сопротивлений тензорезисторов от времени необходимо, чтобы разность выражений (7) и (8) была равна нулю, то есть

ρ P J ( ε P J , T P J , τ ) l P J ( ε P J , T P J , τ ) [ b P J ( ε P J , T P J , τ ) ] 1 + + 2 ρ P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) l P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) × [ b P A J ( ε P A J , T P A J , τ ) ] 1 + + 2 ρ A J ( ε A J , T A J , τ ) l A J ( ε A J T A J , τ ) [ b A J ( ε A J , T A J , τ ) ] 1 + + 2 ρ A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) × l A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) [ b A K J ( ε A K J , T A K J , τ ) ] 1 + 2 ρ K J ( ε K J , T K J , τ ) l K J ( ε K J , T K J , τ K J ) [ b K J ( ε K J , T K J , τ ) ] 1 + + 2 ρ К П J ( ε K J , T K J , τ ) l К П J ( ε K J , T K J , τ ) [ b К П J ( ε K J , T K J , τ ) ] 1 + + 2 ρ П J ( ε П J , T П J , τ ) l П J ( ε П J , T П J , τ ) [ b П J ( ε П J , T П J , τ ) ] 1 ρ P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) l P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) [ b P J ( ε P J , T P J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) l P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) [ b P A J ( ε P A J , T P A J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) l A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) × [ b A J ( ε A J , T A J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) l A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) × [ b A K J ( ε A K J , T A K J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ K J ( ε K J , T K J , Δ τ ) l K J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) [ b K J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) l К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) [ b К П J ( ε K J , T K J , τ + Δ τ ) ] 1 2 ρ П J ( ε П J , T П J , τ + Δ τ ) l П J ( ε П J , T П J , τ ) [ b П J ( ε П J , T П J , τ + Δ τ ) ] 1 = 0.                     ( 9 )

Полученные расширенные частные условия стабильности могут выполняться при бесчисленном множестве сочетаний сопротивлений элементов тензорезисторов и их функциональных зависимостей от деформаций, температуры и времени. Любые сочетания в случае неравенства сопротивлений элементов тензорезисторов мостовой схемы НиМЭМС и неидентичности их функциональных зависимостей от воздействующих факторов потребуют для выполнения расширенных частных условий стабильности различных, взаимосвязанных и точных функциональных зависимостей сопротивлений тензорезисторов. Учитывая, что такие функциональные зависимости очень трудно реализуемы, можно записать частные условия стабильности НиМЭМС в виде

ρ P j = ρ P ,   ε PJ = ε P ,  T Pj = T P ,  l Pj = l P ,  b Pj = b P   ρ PAJ = ρ P A ,   ε PAj = ε P A ,  T PAj = T P A ,  l PAj = l P A , b P A j = b P A ,   ρ AJ = ρ A ,   ε Aj = ε A ,  T Aj = T A ,  l Aj = l A , b Aj = b A ,   ρ AKJ = ρ K A ,   ε AK = ε A K ,  T AKj = T A K , l A K j = l A K ,  b AKj = b A K ,   ρ KJ = ρ K ,   ε Kj = ε K ,  T Kj = T K ,  l Kj = l K ,  b Kj = b K ,   ρ КПJ = ρ К П ,   ε КПj = ε К П , T К П j = T К П ,  l КПj = l К П ,  b КПj = b К П ,   ρ ПJ = ρ П ,   ε Пj = ε П ,  T Пj = T П ,  l Пj = l П ,  b Пj = b П .            ( 10 )

Анализ выражения (10) показывает, что в результате нового подхода, который можно назвать структурно-факторным подходом, можно сформулировать структурно-факторные условия стабильности тонкопленочных НиМЭМС в виде необходимости обеспечения идентичности структур тонкопленочных тензорезисторов, размеров и характеристик их элементов и переходов, а также идентичности деформаций и температур, воздействующих на эти элементы и переходы при изготовлении и эксплуатации.

Сравнение выражения (10) и структурно-факторных условий стабильности с предлагаемым критерием временной стабильности Ψτ05=[(UHT1-U0T1)-(UHT2-U0T2)] (T1-T2)-1 (UH00-U00)-1 показывает, что предлагаемый критерий обеспечивает выполнение соотношений выражения (10) и структурно-факторных условий стабильности. Учитывая равенство изменений температур тензорезисторов при тестовых испытаниях вследствие полного восприятия ими тестовых температур, изменение выходного сигнала мостовой измерительной цепи в зависимости от деформаций и температур будет равно нулю при идентичности структур тонкопленочных тензорезисторов, размеров и характеристик их элементов и переходов, включенных в противолежащие плечи мостовой цепи НиМЭМС, т.е. при выполнении условий стабильности. Кроме того, так как предлагаемый критерий временной стабильности НиМЭМС учитывает влияние температуры и деформаций от измеряемого давления и температуры, то он является интегральным критерием стабильности НиМЭМС, характеризующим температурный и деформационный аспекты структурно-факторных условий стабильности.

Преимуществом предлагаемого решения является повышение точности прогнозирования временной стабильности НиМЭМС вследствие учета влияния на временную стабильность упругого элемента и всех элементов мостовой измерительной цепи НиМЭМС, используемых для соединения тензорезисторов в мостовую измерительную цепь и с цепью питания и преобразования выходного сигнала.

Внедрение заявляемого способа в производство тензорезисторных датчиков давления на основе тонкопленочных НиМЭМС обеспечивает повышение временной стабильности при воздействии влияющих факторов при сравнительно небольших затратах, что позволяет соответственно увеличить ресурс и срок службы датчиков. Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы за счет более точного выявления на ранних стадиях изготовления потенциально нестабильных НиМЭМС, обеспечивающего пропуск на дальнейшую сборку НиМЭМС с одинаковым (в пределах выбранных критериев) временным изменением сопротивления тензорезисторов, в том числе вследствие одинаковой скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной цепи, и проводящих элементах, соединяющих тензорезисторы в мостовую измерительную цепь. Кроме того, предлагаемый способ вследствие обеспечения пропуска на дальнейшую сборку НиМЭМС с близким изменением сопротивлением при воздействии температур позволяет изготавливать датчики давления с меньшей погрешностью в условиях воздействия нестационарных температур, вызванных, в том числе повышенными виброускорениями.

Источники известности

1 RU патент №2095772, C1, G01L 9/04. Опубл.: 10.11.1997 г. БИ №6.

2 RU патент №2423678, C1, G01L 9/00. Опубл.: 10.07.2011 г. БИ №19.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), заключающийся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков, отличающийся тем, что после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов НиМЭМС последовательно подвергают воздействию тестовых значений нижнего P0 и верхнего предела PH измеряемого давления при полном восприятии нормальной T00, пониженной Т1 и повышенной Т2 температур, значения которых соответственно равны температуре нормальных климатических условий, максимально допустимой пониженной температуре и максимально допустимой повышенной температуре при эксплуатации датчика, измеряют выходные сигналы U00, UH00, U0T1, UHT1, U0T2, UHT2 НиМЭМС при одновременно воздействующих давлениях и температурах P0 и T00, PH и T00, P0 и T1, PH и T1, P0 и T2, PH и T2 и вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ05=[(UHT1-U0T1)-(UHT2-U0T2)](T1-T2)-1(UH00-U00)-1 и, если |Ψτ05|<|ΨταΔ5|, где ΨταΔ5 - предельно допустимое значение критерия временной стабильности, которое определяется экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к датчика давления и может быть использовано в устройствах для регистрации давления текучих сред. Техническим результатом является улучшение конструкции и функциональных возможностей устройства.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение для месторождений, на которых достижение рентабельного дебита возможно только при снижении забойных давлений ниже давления насыщения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия широкого диапазона стационарных и нестационарных температур.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в датчиках давления. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения давления газообразных и жидких сред в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, в частности из стали.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений.

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения пилота летательного аппарата, в частности к конструкции регулятора давления. .

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано для автоматического регулирования давления газа, преимущественно в пневмосистемах с повышенными требованиями по виброшумовым характеристикам.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интегральных и сенсорных датчиках давления, изготовленных на основе гибридной и микромодульной технологии.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения физических величин (температуры, давления, деформации).

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для формирования постоянных запоминающих устройств, а также в качестве датчиков магнитного поля.

Изобретение относится к технике переработки углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок и водорода.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технологии разработки полимерных композиций для охлаждающих элементов, таких как радиаторы светоизлучающих диодов.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к композиционному полимерному антифрикционному материалу на основе полиамида, используемому для изготовления изделий различного трибологического назначения, например подшипников скольжения, а также для изготовления изделий для тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д.

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы.

Способ изготовления МДМ-катода предназначен для повышения плотности тока эмиссии и однородности ее распределения по поверхности. На подложку последовательно осаждается металлический нижний электрод на основе пленки молибдена, затем два слоя резистов, в которых формируется рисунок с помощью электронно-лучевой литографии, затем напыляется сплошная пленка молибдена.

Изобретение может быть использовано в медицине при производстве препаратов для послеоперационной поддерживающей терапии. Проводят термическое разложение метана в герметичной камере на подложках из кремния или никеля при давлении 10-30 Торр и температуре 1050-1150 °С.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается средства, обладающего противоинсультным действием и представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Изобретение относится к области исследования изменения теплофизических свойств конструкционных материалов при нанообработке нестационарным методом неразрушающего контроля.

Изобретение относится к медицине, биохимии, цитологии, нанотехнологии и предназначено для создания наноустройств, используемых на клеточном уровне для введения сред. В способе изготовления массива нанотрубок для трансфекции клеток на кристалле-подложке изготавливают многослойную пленочную структуру с механически напряженными слоями. В отношении отдельно взятой трубки формируют контур освобождаемой области пленочной структуры от кристалла-подложки. Освобождаемую область пленочной структуры формируют содержащей участок, предназначенный для формирования трубки, и участок, предназначенный для формирования изогнутого пленочного элемента, обеспечивающего позиционирование трубки относительно кристалла-подложки. Затем последовательно освобождают первый из указанных участков, трансформируя его за счет механических напряжений в трубку, и второй участок, изгибающийся за счет механических напряжений. Позиционирование трубки относительно кристалла-подложки достигают тем, что после освобождения от связи с подложкой второго участка, изгибающегося за счет механических напряжений, дополнительно к действию механических напряжений, создающих вращающий момент сил, стремящихся изогнуть пленочный элемент, используют силу Архимеда. За счет этого точно достигают требуемого позиционирования трубки относительно кристалла-подложки. 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 11 пр.
Наверх