Beskrivelse
EMS-teknologien gir muligheter til å lage mikromekaniske resonatorer og filtre med fremragende egenskaper, bl.a. når det gjelder selektivitet og Q-faktor. De mekaniske strukturene kan kombineres med mikroelektronikk og utgjøre sentrale deler i trådløse systemer, RF systemer (Radio Frequency systems). Eksempler kan være ulike typer oscillatorer, VCOs (Voltage Controlled Oscillators), miksere og filtre. MEMS strukturene kan derved typisk erstatte tradisjonelle kostbare, diskrete komponenter ved at de muliggjør integrerte løsninger og lar seg "batch"-prosessere. MEMS resonatorer som hittil har vært utviklet, baserer seg på mekaniske svingninger i horisontal eller vertikal retning på en Si-skive. Andre eksempler benytter akustiske bølger og egenskaper i piezoelektriske materialer. I hovedoppgaven skal en vektlegge strukturer med vertikale svingninger og studere egenskaper ved sammenkoblede, dobbeltoppspente bjelker.
Oppgaven kan passe for 2 studenter som jobber sammen. I det følgene gis en konkretisering av momenter som kan inngå i hovedoppgaven:
Oppgaven innledes ved å studere noen utvalgte artikler og lage en oversikt over problemer og muligheter ved laterale og vertikale resonatorstrukturer.
Det velges en aktuell struktur med 2 eller 3 primærbjelker. Disse modelleres og analyseres i CoventorWare (CW). (I emnet INF5490 RF MEMS våren 2005 vil obligene dreie seg om å simulere enkle resonatorstrukturer. Det vil være obligatorisk å følge dette emnet for aktuelle hovedfagsstudenter til oppgaven.)
Ved hjelp av CW skal en studere hvordan ulike parametervalg og konfigurasjoner påvirker egenskapene og ytelsen til systemet. De naturlige svingemodi finnes og responsen ved signalpåtrykk undersøkes.
Eksempler på momenter som kan studeres er:
- For primærbjelkene: ulike dimensjoner, materialer, stivhet, DC-spenning
- Betydningen av hvor opphengspunktene er plassert på primærbjelkene
- Betydningen av antall primærbjelker
- Forskjellig plassering og avstand mellom primærbjelkene
- Ulike egenskaper til koblingsbjelkene: dimensjoner, stivhet, plassering
Frekvensresponsen når systemet brukes som et båndpassfilter skal studeres, og filterkarakteristikker og Q-verdi undersøkes.
Det vil være interessant å finne ut hvordan disse simuleringene og datamaskin-analysene kan relateres til analytiske modeller og formler.
Med et valgt parametersett skal det lages en konkret konstruksjon (design) av en lovende resonator-struktur for en typisk MEMS prosess, for eksempel MultiMEMS ved Sensonor eller PolyMUMPS. Oppgaven skal ende opp med et utlegg (layout) for den gitte prosessen og spesifisering av konkrete implementasjonsparametre.
Verktøy
CoventorWare, evnt. MatLab
Anbefalt faglig bakgrunn
FYS4230 Mikro- og nanosystem modellering og design
INF5480 RF kretser, teori og design
Studieprogram
Informatikk