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加速度传感器灵敏度提高100倍以上 噪声降至十分之一以下

东京工业大学团队与NTT研发加速度传感器


  来源: 客观日本 时间:2019-07-31 编辑:伊敏
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东京工业大学的益一哉校长等人与NTT尖端技术公司利用由多个金属层形成的积层金属结构,成功开发出具有超低噪声和超高灵敏度特性的MEMS加速度传感器。实现了利用以往的MEMS技术难以实现的1微(μ)G级(G=9.8m/s2,重力加速度)高分辨率检测

这是使超小型加速度传感器提高分辨率和实现通用化的创新技术,在医疗保健、基础设施诊断、移动体控制及机器人应用等各种运动检测用途中,有助于开发新的器件和系统。

该研究小组此前提出过利用金材料将MEMS加速度传感器的砝码体积削减至十分之一以下的方法。此次以该方法为基础,通过重叠多层金层形成MEMS结构,增加了单位面积的砝码重量,与以往那些相同尺寸的传感器相比,成功将灵敏度提高至100倍以上,噪声降至十分之一以下。

相关研究成果已于2019年7月23日发布在国际学术论文期刊《Sensors and Materials》的网络版上。

东京工业大学与NTT尖端技术组成的研究小组此前提出过利用金材料将MEMS加速度传感器的砝码体积削减至十分之一以下的方法。此次进一步改良了该技术,通过把由多个金属层构成的积层金属结构用作砝码和弹簧,开发出了具有超低噪声和超高灵敏度特性的MEMS加速度传感器。

详情见图1,通过层叠多个金层形成砝码,增加了单位面积的砝码重量,降低了与砝码重量成反比的噪声(布朗噪声)。另外,通过减轻砝码的翘曲,还实现了最大限度利用4mm见方芯片面积的静电容量传感器,提高了灵敏度(单位加速度的静电容量变化)。图2是试制器件的整体照片和放大的电子显微镜照片。

图1:器件截面构造图

 

图2:试制件照片


因此,如图3所示,与以往那些相同尺寸的传感器相比,灵敏度提高到100倍以上,噪声降至十分之一以下。这样的话,预计利用超小型传感器能实现1μG级的检测。制作MEMS采用半导体微细加工技术和电解镀金技术,还可以在集成电路芯片上形成此次开发的MEMS结构。因此,有望作为超小型加速度传感器提高分辨率和实现通用化的技术使用。

图3:噪声与灵敏度的性能比较

关键词:NTT 传感器 检测    浏览量:3679

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