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5-6-5 sistemas microelectromecánicos sic (mems) y sensores

5. tecnología de carburo de silicio

5-6-5 sistemas microelectromecánicos sic (mems) y sensores

2018-01-08

como se describe en el capítulo de hesketh sobre micromecanizado en este libro, el desarrollo y uso de mems basados ​​en silicio continúa expandiéndose. Mientras que las secciones anteriores de este capítulo se han centrado en el uso de sic para los dispositivos electrónicos semiconductores tradicionales, también se espera que sic juegue un papel importante en las aplicaciones emergentes de mems. sic tiene excelentes propiedades mecánicas que solucionan algunas deficiencias de los mems basados ​​en silicio, como la dureza extrema y la baja fricción, lo que reduce el desgaste mecánico y la excelente inercia química en atmósferas corrosivas. por ejemplo, se está examinando la excelente durabilidad de los sics como habilitado para la operación de larga duración de micromotores eléctricos y fuentes de generación de energía de motores de micro-jet donde las propiedades mecánicas del silicio parecen ser insuficientes.


desafortunadamente, las mismas propiedades que hacen que sic sea más duradero que el silicio también hacen que sic sea más difícil de micromecanizar. En las referencias 124 y 190 se revisaron los enfoques para fabricar estructuras de mems de ambiente áspero en sic y prototipos de sic-mems obtenidos hasta la fecha en las referencias 124 y 190. la incapacidad de realizar aguafuertes de 4-y 6-sic monocristalino con productos químicos húmedos (sección 5.5.4) hace que el micromecanizado de este sic de grado electrónico sea más difícil. por lo tanto, la mayoría de micromachining sic hasta la fecha se ha implementado en eléctricamente inferior 3c-sic y policristalino sic depositados en obleas de silicio. las variaciones de técnicas de micromaquinado masivo, micromecanizado superficial y micromoldeo se han utilizado para fabricar una amplia variedad de estructuras micromecánicas, incluidos resonadores y micromotores. un servicio de fundición de proceso de fabricación micromecánica de obleas de silicio estandarizado, que permite a los usuarios realizar sus propios dispositivos micromecanizados sic específicos de la aplicación, al tiempo que comparten espacio y costo de obleas con otros usuarios, está disponible comercialmente.


para aplicaciones que requieren alta temperatura, electrónica sic de baja fuga no posible con capas sic depositadas en silicio (incluyendo transistores de alta temperatura, como se discutió en la sección 5.6.2), conceptos para integrar electrónica mucho más capaz con mems en obleas sic 4h / 6h con epilayers también se han propuesto. por ejemplo, los sensores de presión que se están desarrollando para su uso en regiones de temperatura más alta de motores a reacción se implementan en 6 h-sic, en gran parte debido al hecho de que se requiere una baja fuga de unión para lograr una operación adecuada del sensor. también se están desarrollando componentes electrónicos integrados de transistores 4h / 6h que permiten el acondicionamiento de señal en el sitio de detección de alta temperatura. con todos los sensores basados ​​en micromecánica, es vital empaquetar el sensor de una manera que minimice la imposición de tensiones inducidas termomecánicas (que surgen debido a discrepancias del coeficiente de expansión térmica en intervalos de temperatura mucho más grandes habilitados por sic) en los elementos sensores. por lo tanto (como se mencionó anteriormente en la sección 5.5.6), el empaquetado avanzado es casi tan crítico como el uso de sic para expandir útilmente la envolvente operacional de los mems en ambientes hostiles.


como se discutió en la sección 5.3.1, una aplicación principal de los sensores de ambientes agresivos sic es permitir el monitoreo y control activo de los sistemas de motores de combustión para mejorar la eficiencia del combustible mientras se reduce la contaminación. Con este fin, las capacidades de alta temperatura de sic han permitido la realización de estructuras de sensores de gas prototipo catalítico sic metal y aislador de metal sic con gran promesa para aplicaciones de monitoreo de emisiones y detección de fugas del sistema de combustible. el funcionamiento a alta temperatura de estas estructuras, que no es posible con silicio, permite la detección rápida de cambios en el contenido de hidrógeno e hidrocarburos a sensibilidades de partes por millón en sensores de tamaño muy pequeño que podrían colocarse fácilmente en un motor sin necesidad de refrigeración. sin embargo, se necesitan más mejoras en la confiabilidad, reproducibilidad y costo de los sensores de gas basados ​​en sic antes de que estos sistemas estén listos para su uso generalizado en automóviles y aeronaves de consumo. en general, lo mismo puede decirse de la mayoría de los mems sic, que no lograrán una inserción benéfica generalizada en el sistema hasta que se asegure una alta confiabilidad en entornos hostiles a través de un mayor desarrollo tecnológico.

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