Особенности функционирования МЭМС с четным числом электродов

Представлены результаты исследований влияния непараллельности электродов на электромеханические взаимодействия в несбалансированных МЭМС с гребенчатой конструкцией электродов в режимах с контролируемым напряжением и зарядом. Получены выражения для расчета потенциальной энергии, электростатической силы, критического напряжения, критического заряда и величины критического смещения подвижного электрода при различных наклонах электродов, необходимые для проектирования МЭМС с учетом их реальных конструктивных особенностей. Установлено, что с увеличением взаимного наклона и числа электродов глубина модуляции емкости Cmax/Cmin у несбалансированных конденсаторов с непараллельными электродами уменьшается, что может существенно ограничить достижимую глубину модуляции емкости перестраиваемых МЭМС особенно при большом числе электродов. Показано, что в несбалансированных МЭМС в случае с контролируемым напряжением при увеличении относительного наклона электродов электростатическая сила притяжения между заряженными электродами уменьшается, а величины критического напряжения и смещения возрастают. Увеличение числа электродов в несбалансированном конденсаторе будет приводить к уменьшению диапазона контролируемого смещения подвижных электродов и величины критического напряжения. Установлено, что при неизменном заряде и непараллельных электродах в несбалансированных МЭМС с гребенчатой конструкцией электродов появляется эффект схлопывания. При увеличении относительного наклона электродов электростатическая сила притяжения между заряженными электродами увеличивается, а величины критического заряда и смещения уменьшаются. При увеличении числа электродов в несбалансированных МЭМС с гребенчатой конструкцией электродов в режиме с неизменным зарядом величина критического смещения монотонно уменьшается, а критического заряда растет.

Ключевые слова

Получено

08.12.2018

Дата публикации

08.12.2018

Цитировать Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться

ГОСТ	Драгунов В. П. , Остерак Д. И. Особенности функционирования МЭМС с четным числом электродов // Микроэлектроника – 2018. – Tом 47. – 6 C. 436-450 [Электронный ресурс]. URL: http://ras.jes.su/mikelek/s207751800000056-0-1 (дата обращения: 20.04.2024). DOI: 10.31857/S054412690002770-4
MLA	Dragunov, V., Osterak, D. "Features of the functioning of MEMS with an even number of electrodes." Mikroelektronika 47.6 (2018):436-450. DOI: 10.31857/S054412690002770-4
APA	Dragunov V., Osterak D. (2018). Features of the functioning of MEMS with an even number of electrodes. Mikroelektronika 47(6), pp.436-450 DOI: 10.31857/S054412690002770-4

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1059

Оценка читателей: голосов 0

1. Похлебкин Д. MEMS в структуре электронной отрасли России [Электронный ресурс] // Semicon Russia 2014, May 14–15 Moscow. URL: http://docplayer.ru/28554959-Frost-sullivan-mems-vstrukture-elektronnoy-otrasli-rossii-dmitriypohlebkin-frost-sullivan.html (дата обращения: 30.03.2018).

2. Zhang W.-M., Yan H., Peng Z.-K., Meng G. Electrostatic pull-in instability in MEMS/NEMS: A review // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. V. 214. P. 187–218. doi.org/10.1016/j.sna. 2014.04.025.

3. Драгунов В.П., Остертак Д. И. Анализ электромеханических процессов в МЭМ П с изменяющейся площадью перекрытия электродов // Научный вестник НГТУ. 2009. № 2 (35). С . 115–127.

4. Драгунов В.П., Остертак Д. И. Взаимосвязь электромеханических параметров МЭМП мостового типа // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2009. № 1 (12). С. 88–98.

5. Драгунов В.П., Остертак Д. И. Предельные характеристики микроэлектромеханических преобразователей энергии // Научный вестник НГТУ. 2009. № 1 (34). С. 129–142.

6. Dorzhiev V., Dragunov V., Karami A., Galayko D., Basset P. MEMS electrostatic vibration energy harvester without switches and inductive elements // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Т. 557. № 1. С. 012126

7. Остертак Д. И. Анализ электростатических взаимодействий в плоскопараллельных МЭМС с учетом краевых эффектов в 3D-приближении // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2017. № 1 (34). С. 116–132. doi: 10.17212/1727-2769-2017-1-116-132.

8. Блум К.Е., Остертак Д. И. Расчет емкости гребенчатого переменного конденсатора для электростатического вибрационного генератора энергии с учетом краевых эффектов // Нано- и микросистемная техника. 2016. Т. 18. № 7. С. 424–431.

9. Драгунов В.П., Остертак Д. И. Электростатические взаимодействия в МЭМП со встречно-штыревой структурой // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2009. № 1 (12). С. 99–106.

10. Драгунов В.П., Остертак Д. И. Электростатические взаимодействия в МЭМС с плоскопараллельными электродами. часть II. расчет электростатических сил // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 8. С. 40–47.

11. Hillenbrand J., Pondrom P., Sessler G. M. Electret transducer for vibration-based energy harvesting // Applied Physics Letters 106, 183902 (2015).

12. Pondrom P., Sessler G. M., Bӧs J., Melz T. Compact electret energy harvester with high power output // Applied Physics Letters 109, 053906 (2016).

13. Guilllemet R., Basset P., Galayko D., Cottone F., Marty F., Bourouina T. Wideband MEMS electrostatic vibration energy harvesters based on gap-closing interdigited combs with a trapezoidal section // Proceedings IEEE26th International Conference on MEMS. Taipei, 2013. P. 817–820. doi: 10.1109/MEMSYS.2013.6474368.

14. Ardito R., Baldasarre L., Corigliano A. On the numerical evaluation of capacitance and electrostatic forces in MEMS // 10th Int. Conf. on Thermal, Mechanical and Multiphysics Simulation and Experiments in Micro-Electronics and Micro-Systems, EuroSimE2009. P. 1–8. doi: https://doi.org/10.1109/ESIME.2009.4938495.

15. Драгунов В.П., Киселёв Д. Е., Синицкий Р. Е. Особенности электромеханических взаимодействий в МЭМС с непараллельными электродами // Нано- и микросистемная техника. 2017. № 6. С. 360–369. doi: 10.17587/nmst.19.360–369.

16. Драгунов В.П., Синицкий Р. Е., Киселёв Д. Е. Влияние непараллельных электродов на характеристики МЭМС в режиме с контролируемым зарядом // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2017. № 1 (34). С. 58–71. doi: 10.17212/1727-2769-2017-1-58-71.

17. Dragunov V.P., Lyutaeva M. N. Parameters estimation of the MEM transducer with electrodes produced from different materials // 2009 International School and Seminar on Modern Problems of Nanoelectronics, Micro- and Nanosystem Technologies — Proceedings, INTERNANO. 2009. 5335625. P. 93–96.

18. Kuehne I., Frey A., Marinkovic D., Eckstein G., Seidel H. Power MEMS–A capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage // Sensors and Actuators A 142 (2008) 263–269.

19. Varpula A., Laakso S. J., Havia T., Kyynäräinen J., Prunnila M. Contacting mode operation of work function energy harvester // Journal of Physics: Conference Series 557 (2014) 012010.