Разработка методов построения и проектирования многоосевых компонентов для микрооптикоэлектромеханических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, доктор технических наук Лысенко, Игорь Евгеньевич

• Лысенко, Игорь Евгеньевич
• доктор технических наук
• 2013

Оглавление диссертации доктор технических наук Лысенко, Игорь Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ И МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ

1.1. Принципы работы и конструкции микромеханических

сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений

1.2. Принципы работы и конструкции микромеханических зеркал

1.3. Устройства обработки сигналов микромеханических компонентов

1.4. Выводы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДВУХМАССОВЫХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ И ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ LL-ТИПА

2.1. Метод построения и конструкции микромеханических

сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа

2.2. Моделирование сенсоров угловых скоростей и

линейных ускорений LL-типа с двумя осями чувствительности

2.3. Выводы

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРО- И НАНОМЕХАНИЧЕСКИХ ОДНОМАССОВЫХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

И ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ LL-ТИПА

3.1. Методы построения и конструкции микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений

3.2. Моделирование сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа

3.3. Исследование влияния технологических погрешностей

на собственные частоты колебаний упругого подвеса сенсора

3.4. Выводы

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРО- И НАНОМЕХАНИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ И ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ С ДВУМЯ ОСЯМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

4.1. Методы построения и конструкции двухосевых микро- и наномеханических сенсоров

угловых скоростей и линейных ускорений

4.2. Моделирование двухосевых сенсоров угловых скоростей

и линейных ускорений LR-типа

4.3. Выводы

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ И ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ

С ТРЕМЯ ОСЯМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

5.1. Методы построения и конструкции микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений

с тремя осями чувствительности

5.2. Моделирование трехосевых микромеханических сенсоров

угловых скоростей и линейных ускорений

5.3. Исследование влияния технологических погрешностей на собственные частоты колебаний упругих подвесов чувствительных элементов

5.4. Экспериментальные образцы трехосевых микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений

с тремя осями чувствительности

5.5. Выводы

6. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ

6.1. Методы построения и конструкции микромеханических зеркал

6.2. Моделирование микромеханических зеркал с крестообразным внутренним подвесом

6.3. Моделирование микромеханических зеркал с интегрированным внутренним подвесом

6.4. Выводы

7. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ МИКРО- И НАНОМЕХАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ

7.1. Моделирование устройств обработки сигналов

микро- и наномеханических компонентов

7.2. Экспериментальные исследования макетов устройств

обработки сигналов микро- и наномеханических компонентов

7.3. Выводы

8. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОГО МЕТОДА И МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОМЕХАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ

8.1. Обобщенный метод и методика проектирования микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей

и линейных ускорений, микромеханических зеркал

8.2. Методика построения геометрических моделей

хиральных углеродных нанотрубок

8.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов построения и проектирования многоосевых компонентов для микрооптикоэлектромеханических систем»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из динамично развивающихся научно-технических направлений является микросистемная техника (МСТ), включающаяся в себя сверхминиатюрные механизмы с ранее недостижимыми массогабаритами и энергетическими показателями, функциональными параметрами, создаваемые интегрально-групповыми процессами микро- и нанотехнологий [1-15].

Микроэлектромеханическими системами (МЭМС) называют устройства с интегрированными в объеме или на поверхности твердого тела электронными и микромеханическими структурами. Интеграция МЭМС с оптическими компонентами позволило создать отдельный класс компонентов микросистем, названный микрооптикоэлектромеханическими системами (МОЭМС) [1-7].

Роль микросистемной техники в экономике высокоразвитых стран непрерывно возрастает. Так, в 2006г. общий объем продаж изделий МСТ составил 6,3 млн долл. США при среднегодовых темпах роста 20%, а в 2010г. рынок МСТ составил 8,7 млрд долл. США. Увеличение производства МЭМС в 2012г. составило 27% годовых и достигло отметки 9,7 млрд долл. США [1, 7-9, 16].

На рисунке В.1 приведен график объемов производства и продаж МЭМС в период 2002-2012гг. [16].

Как видно на рисунке В.2 в 2010г. рынок микросистем примерно распределился следующим образом: 20% - головки струйных принтеров (микросопла); 16% - микромеханические датчики давления; 4% - кремниевые микрофоны; 27% - микрооптикоэлектромеханические системы, включая микромеханические зеркала; 10%) - микрофлюидные системы; 4% -микроэлектромеханические системы высокочастотного диапазона; 3% -топливные микроэлементы и 16% - микромеханические сенсоры угловых скоростей и сенсоры линейных ускорений [1, 7-9].

Рисунок B.l - Объемы производства (-) и продаж (—) МЭМС

в период 2002-2012гг.

Одним из основных направлений развития микросистемной техники является разработка, исследование и применение микромеханических сенсоров угловых скоростей (ММГ) и микромеханических сенсоров линейных ускорений (ММА) [1, 7, 9, 17-19].

Данные сенсоры находят широкое применение в технических средствах различного назначения: от специализированных изделий аэрокосмической техники и оборонных систем до бытовых приборов, таких как сотовых телефонов и игровых платформ нового поколения. Так, например, микромеханические сенсоры в составе навигационной системы с ГЛОНАСС или GPS приемником позволяют сохранить точность и беспрерывность навигации при потере приема сигнала со спутника. В отрасли автомобилестроения данные компоненты позволяют повысить уровень комфорта автомобилей (динамическое управление движением, антиблокировочные системы торможения, системы навигации, системы безопасности). Применение их в медицинской технике позволяет создавать

интеллектуальные системы протезирования с функциями контроля положения и перемещения в пространстве исполнительных органов тела человека [1,7, 9, 20-28].

10

8

<

3

о

с; с; о

С£

а 6

3

1111111111

со §

о. с.

2 9 А Ю

О

4 —

2 —

0

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Годы

Микросопла

Сенсоры угловых скоростей

Датчики давления I I МОЭМС

ш

Микрофоны

Сенсоры линейных ускорений

I [ Микрофлюидные ^^^ системы

ВЧ МЭМС

Топливные микроэлементы

Рисунок В.2 - Динамика рынка компонентов МСТ в период 2005-2010гг.

Системы контроля допустимых уровней вибраций и сейсмической активности, а также системы контроля положения, ориентации и скорости перемещаемых объектов позволяют повысить степень безопасности атомных

электростанций. Системы контроля состояния геометрии трубопроводов на больших и трансконтинентальных расстояниях и системы контроля вибрации станций перекачки нефти или газа на основе сенсоров линейного ускорения и угловых скоростей позволяют повысить надежность и снизить количество аварий в нефтегазовой промышленности. Игровые приставки нового поколения, оснащенные беспроводной системой контроля перемещений игрока на основе микромеханических компонентах, позволяют преобразовать пассивную игру в интерактивную. Сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений, изготовленные по технологиям МСТ, успешно применяются в системах стабилизации изображения сотовых телефонов и цифровых фото- и видеокамер. Использование микромеханических сенсоров в автономных системах локального позиционирования, обеспечивающие отслеживание траекторий движения членов пожарных команд и антитеррористических подразделений, что позволяет эффективно руководить слаженностью действий и давать указания по ходу выполнения операции в реальном масштабе времени. Системы управления интеллектуальными боеприпасами, навигации и ориентации наземными и подводными автоматизированными аппаратами, а также беспилотными летательными аппаратами на основе технологий МЭМС и МОЭМС позволяют повысить их характеристики на более новый качественный уровень [1,7, 9, 20-28].

В России к разработке интегральных ММГ и ММА, по сравнению с зарубежными развитыми странами, приступили сравнительно недавно. Лидирующими организациями в области разработки и исследования микромеханических сенсоров данного типа являются ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский университет "МИЭТ"» (г. Зеленоград), НИИ «Физических измерений» (г. Пенза), ОАО РПКБ (г. Раменское), ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», ОАО Арзамасский НПП «Темп-Авиа» (г. Арзамас), Центр микротехнологий и диагностики ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета

(ЛЭТИ) им. В.И. Ульянова (Ленина)» (г. Санкт-Петербург) и др.

Известные ММГ и ММА позволяют измерять характеристики линейных

ускорений (а) и угловых скоростей (О.) по одной или двум осям. Производятся данные устройства в виде гибридных или интегральных микросистем и не всегда с использованием групповых методов изготовления. Кроме того, наличие операции микросборки, элементов конструкций большинства существующих микромеханических сенсоров, вносит погрешности в работу данных устройств и требует юстировки. Изготовление двухосных и одноосных

сенсоров О и двухосных и одноосных сенсоров а на одной подложке, расположенных по трем взаимно ортогональным осям чувствительности, приводит к увеличению занимаемой ими площади подложки. Решить данную проблему - улучшить массогабаритные характеристики микросистем, обеспечить возможность регистрации параметров движения подвижного объекта по трем осям можно применением интегральных многоосевых микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений (ММГА) [9,27-35].

Так как экспериментальные исследования занимают много времени и дороги, возникла необходимость применения средств математического моделирования на всех этапах проектирования компонентов МСТ. Математическое моделирование позволяет снизить время и затраты на проектирование, а также определить целесообразность развития той или иной технологии создания компонентов МЭМС и перспективность того или иного конструкторско-технологического решения [8, 36-38].

Большой сектор рынка микрооптикоэлектромеханических систем занимают микромеханические зеркала (ММЗ). Данные компоненты находят широкое применение как в микросистемах управления оптическими потоками, так и в лазерных и оптических дальномерах, используемых в системах ориентации и навигации подвижных объектов по рельефу местности [39-41].

В связи с этим, разработка многоосевых микромеханических сенсоров О и а, микромеханических зеркал и методов их проектирования является актуальной научно-технической задачей.

Целью диссертационной работы является разработка методов построения, конструкций, моделей, методов и методик проектирования интегральных многоосевых микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, отличающихся более высокими функциональными возможностями, заключающихся в возможности детектирования угловых скоростей и линейных ускорений по двум или трем осям чувствительности, что позволит повысить степень интеграции и снизить массогабаритные характеристики микроэлектромеханических систем; интегральных микромеханических зеркал, обеспечивающих отклонение зеркального элемента под любым углом к плоскости подложки и контроля его положения, позволяющих повысить плотность матриц МОЭМС, за счет сокращения площади подложки, используемой под размещение каждого микромеханического зеркала.

При выполнении данной диссертационной работы получены следующие научные результаты:

- разработаны методы построения функционально интегрированных

многоосевых микро- и наномеханических сенсоров П и а IX- и ЬЯ-типов;

- разработаны модели предложенных компонентов;

- разработаны модели коэффициентов жесткости упругих подвесов чувствительных элементов функционально интегрированных сенсоров;

- разработаны критерии согласования частот колебаний чувствительных элементов сенсоров;

- разработаны критерии оценки параметров гребенчатых электродов электростатических приводов и емкостных преобразователей перемещений;

- разработаны методы построения микромеханических зеркал с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами;

-разработаны модели микромеханических зеркал с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами;

- разработаны уравнения равновесия зеркальных элементов предложенных микрозеркал;

- разработаны модели жесткости упругого подвеса зеркального элемента ММЗ с интегрированным внутренним подвесом;

- разработана методика построения геометрических моделей углеродных нанотрубок с произвольным углом хиральности;

-разработан обобщенный метод проектирования многоосевых микро- и наномеханических сенсоров IX- и ЬЯ-типов и микромеханических зеркал с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами.

Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:

- на основе предложенных методов построения микро- и наноразмерной элементной базы МЭМС разработаны и защищены патентами Российской Федерации на изобретения конструкции интегральных микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с двумя или тремя осями чувствительности, обеспечивающие по сравнению с аналогами повышение функциональных возможностей, за счет регистрации угловых скоростей и линейных ускорений по двум или трем осям чувствительности одним сенсорным компонентом, уменьшение массогабаритных характеристик, а также уменьшение площади, занимаемой компонентами на кристалле;

- на основе предложенных методов построения микроразмерной элементной базы МОЭМС разработаны и защищены патентами Российской Федерации на изобретения конструкции интегральных микромеханических зеркал, обеспечивающие по сравнению с аналогами возможность контроля положения зеркального элемента относительно подложки, за счет размещения под ним неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений;

- на основе предложенных моделей микроразмерной элементной базы МЭМС разработаны и защищены свидетельствами Российской Федерации о государственной регистрации программ для ЭВМ программы моделирования интегральных микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с двумя или тремя осями чувствительности;

- на основе анализа полученных результатов моделирования разработана обобщенная методика проектирования интегральных многоосевых микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал;

-разработаны технологические маршруты изготовления интегральных многоосевых микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал;

- разработаны схемы устройств обработки сигналов емкостных преобразователей перемещений микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал;

- с использованием разработанного совместно с ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» (г. Москва) технологического маршрута изготовлены экспериментальные образцы микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений с тремя осями чувствительности;

-разработаны библиотеки параметризуемых геометрических и конечно-элементных моделей интегральных многоосевых сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал;

- разработаны библиотеки параметризуемых высокоуровневых УНЕ)Ь-АМ8 описаний функционально интегрированных многоосевых сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал.

Основные результаты диссертации получены автором при выполнении научно-исследовательских работ в рамках госбюджетной тематики №№ 13090, 13091 (гранты Министерство образования и науки РФ), 13461, 13463, 13464,

13465, 13050, 13056, 13058, 13059, 13060, 301.38.06.51, 301.38.06.52 (научно-исследовательские программы Министерства образования и науки РФ), 13081 (грант Российского фонда фундаментальных исследований), а также хоздоговорных НИР №№ 13006, 13407, 13009, 13011, 13022 (заказчик -Министерство образования и науки РФ, федеральные целевые программы -«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы», «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы», «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы»), 13005 (заказчик - ФГУ РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва), 7797р (заказчик - Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, г. Москва).

Результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях и разработках ФГУ Российского научного центра «Курчатовский институт» (г. Москва), ОАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов-сборка» (г. Воронеж), ООО «Центр нанотехнологий» (г. Таганрог), Научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Южного федерального университета (г. Таганрог), использованы в НИР, выполненных по заданиям Министерства образования и науки РФ, а также внедрены в учебный процесс подготовки студентов ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет».

Основные результаты работы обсуждались и были одобрены на следующих научных конференциях:

- IARP Workshop on Microrobots, Micromachines an Microsystems (Moscow, 2003 г.);

-1 и II Всероссийских НТК «Электроника» (г. Москва, 2001, 2003 гг.);

- IV и V Международных НТК «Электроника и информатика» (г. Москва, 2002, 2005 гг.);

-V - X Международных НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (с. Дивноморское, 1998-2000, 2002, 2004, 2006 гг.);

- VIII НТК «Навигация и управление движением» (г. Санкт-Петербург, 2006 г.);

- VI Российской НТК «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.);

- IV и V Международных НТК «Молодые ученые» (г. Москва, 2006, 2008 гг.);

- V, VI-VIII Международных НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (Intermatic)» (г. Москва, 2006-2009 гг.);

- Международный форум по нанотехнологиям (г. Москва, 2009 г.);

- VII, IX-XII Международных НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2005, 2007- 2010 гг.);

- Международная НТК «Нанотехнологии-2012» (г. Таганрог, 2012г.);

- International Conference "Micro- and nanoelectronics" (Moscow-Zvenigorod, 2003, 2005, 2012 гг.).

Результаты работы были отмечены дипломом I степени Администрации Ростовской области за победу в конкурсе инновационных проектов (2009 г.) и Золотой медалью X Московского салона инноваций и инвестиций (2010 г.).

По теме исследований опубликовано 98 печатных работы, в том числе 3 монографии, 31 научная статья, из которых 22 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 14 патентов РФ на изобретения и 7 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- методы построения и конструкции функционально интегрированных микро- и наномеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с двумя и тремя осями чувствительности, интегральных микромеханических зеркал;

- модели предложенных функционально интегрированных микро- и наномеханических компонентов;

- методы проектирования интегральных многоосевых сенсоров П и а и микромеханических зеркал.

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ И МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ

1.1. Принципы работы и конструкции микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений

Микромеханические сенсоры угловых скоростей (гироскопы) являются компонентами МЭМС, отличающихся от других сложностью их

функционирования. Все сенсоры П по своему-принципу -работы являются вибрационными. В данных устройствах энергия первичных колебаний инерционной массы (ИМ), обусловленная действием сил, создаваемые актюаторными элементами, преобразовывается в энергию вторичных колебаний, обусловленную действием переносной угловой скорости. Это преобразование осуществляется вследствие воздействия на чувствительный элемент сенсора сил инерции Кориолиса. Амплитуда вторичных колебаний ИМ очень мала, поэтому требуется усиление ее в форме совмещения частот первичных и вторичных колебаний с резонансной частотой колебаний упругого подвеса инерционных масс микромеханического гироскопа [9, 39, 42].

Первичные колебания также называются режимом движения (РД) или движением по оси возбуждения, а вторичные - режимом чувствительности (РЧ), или движением по оси выходного сигнала [9].

Существующие конструкции ММГ могут быть классифицированы по следующим признакам [9, 35, 42-45]:

1. Число осей чувствительности ММГ. Сенсоры могут измерять величины угловых скоростей относительно одной, двух или трех осей чувствительности.

2. Число инерционных масс ММГ. По этому признаку можно выделить

одно-, двух- и многомассовые микромеханические сенсоры О.

3. Тип упругого подвеса ММГ. Упругий подвес ИМ является одним из важнейших элементов конструкции ММГ. В настоящее время известны два

типа подвесов: контактные (механические) и неконтактные. Механические подвесы реализуются в виде комбинации микромеханических балок и торсионов, неподвижных опор. В зависимости от расположения элементов подвеса относительно инерционных масс различают: наружный (внешний), внутренний, стержневой, камертонный и кольцевой подвесы. Неконтактные подвесы различают по физическому принципу, лежащему в основе обеспечения левитации инерционной массы: электростатические и электромагнитные.

4. Вид перемещений инерционных масс ММГ. Возможно два вида взаимного перемещения инерционных масс в режимах движения и чувствительности. В первом случае инерционная масса перемещается в обоих режимах в одной плоскости, а во втором - перемещения ИМ в режиме чувствительности выходят из плоскости перемещений в режиме движения.

5. Тип актюаторного элемента ММГ. В настоящее время для обеспечения первичных колебаний инерционной массы ММГ применяются электростатические, электромагнитные и пьезоэлектрические актюаторы. Электростатические актюаторы могут быть выполнены в виде плоских (планарных), латеральных или гребенчатых электродов.

6. Тип преобразователя перемещений инерционной массы ММГ. В микромеханических гироскопах применяются электростатические, электромагнитные, пьезоэлектрические и оптические преобразователи. Электростатические преобразователи перемещений ИМ, также как и электростатические актюаторы, могут быть выполнены в виде планарных, латеральных или гребенчатых электродов.

7. Технология изготовления ММГ. Проектные нормы той или иной технологии изготовления наносят ряд ограничений на конструкторско-технологические варианты реализации ММГ. В настоящее время для изготовления ММГ применяются, в том или ином виде, две базовые технологии МСТ: объемная и поверхностная микромеханические обработки (микрообработки). Кроме того, микрогироскопы могут быть изготовлены, либо по интегральной технологии совместно с устройствами обработки сигналов на

одном кристалле, либо по гибридной технологии. В последнем случае микросистемы содержит в одном корпусе два кристалла: первый -микромеханические структуры, изготовленные по технологиям МСТ, второй -устройства обработки сигналов, изготовленные по технологиям микроэлектроники.

По принципам работы ММГ с контактным подвесом могут быть разделены на следующие типы [9, 35, 39, 44-50]:

1. Вибрационные ММГ камертонного типа.

2. Вибрационные ММГ ЬЬ-типа.

3. Вибрационные ММГ Ю1-типа.

4. Вибрационные ММГ Ы^М^-иша.

5. ММГ волнового типа.

Микромеханические сенсоры О камертонного типа являются классическими устройствами вибрационного типа.

Принцип работы ММГ камертонного типа заключается в следующем. Инерционные массы гироскопа приводятся в противофазное колебательное движение вдоль оси У . При этом они начинают перемещаться с некоторой скоростью V. При возникновении вращения основания гироскопа с некоторой угловой скоростью £2 вокруг оси Ъ возникает ускорение Кориолиса ак, определяемое выражением [9, 47-50]:

а =2-У-0. (1.1)

к 4

Направление вектора ускорения Кориолиса определяется правилом Н.Е.Жуковского: для определения направления вектора ускорения Кориолиса ак необходимо вектор относительной скорости точки V повернуть в плоскости, перпендикулярной вектору угловой скорости на 90° по направлению вращения устройства [51].

Сила инерции Ек, определяемая выражением, называемая силой инерции Кориолиса, будет направлена в противоположном направлении ускорению ак [9, 47-50]:

Р =2-т-а = 2-У-П-т, (1.2)

к к

где т - масса ИМ.

Таким образом, ИМ под действием силы Рк начинают совершать противофазные колебания в плоскости Х2. Амплитуда этих колебаний будет пропорциональна величине угловой скорости, а их фаза - направлению.

Общим недостатком камертонных ММГ является низкая степень интеграции с компонентами МСТ и устройствами обработки сигналов [9, 47-50].

Микромеханические сенсоры О ЬЬ-типа характеризуются возвратно-поступательным перемещением одной или двух ИМ, как в режиме движения, так и в режиме чувствительности [9, 44, 47-49].

На рисунках 1.1 и 1.2 представлены принципы построения конструкций одномассовых ММГ с одной осью чувствительности Ъ, первичные и вторичные колебания ИМ которых лежат в одной плоскости [9, 35, 44, 47-49].

г у

1 - инерционная масса; 2, 4 - упругие элементы подвеса; 3 - опоры; 5 - жесткие элементы подвеса; 6 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических актюаторов; 7 - неподвижные латеральные

электроды емкостных преобразователей перемещений

Рисунок 1.1- Схема построения одномассовых ММГ ЬЬ-типа

Принцип работы конструкции ММГ, приведенной на рисунке 1.1, состоит в следующем. С помощью электростатических актюаторов инерционная масса приводится в возвратно-поступательное движение в направлении оси X. При

возникновении переносной угловой скорости по оси Z, инерционная масса начинает совершать линейные перемещения вдоль оси Y за счет изгиба упругих элементов. Амплитуда колебаний ИМ будет пропорциональна величине угловой скорости, а фаза - направлению. Выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений, образованных инерционной массой и неподвижными латеральными электродами [9, 35].

К недостаткам данной конструкции следует отнести [9, 44, 47-49]:

- наличие квадратурной ошибки, возникающей вследствие технологических погрешностей изготовления электростатических приводов и усиленной за счет совпадения частоты квадратурного сигнала с их частотой работы;

- согласованность первичных и вторичных колебаний ИМ. В режиме согласованных колебаний даже незначительное движение инерционной массы вдоль оси РЧ будут усилены и окажут существенное влияние на амплитуду вторичных колебаний.

Если первичные и вторичные колебания ИМ будут независимыми, то влияние вынужденных колебаний инерционной массы вдоль оси РЧ будет значительно слабее. Тогда квадратурная ошибка будет обусловлена исключительно технологическими погрешностями изготовления приводов, а не согласованностью первичных и вторичных колебаний инерционной массы [44].

На рисунке 1.2,а представлена конструкция ММГ LL-типа с конфигурацией упругого подвеса, названной IDOS (Inside drive outside sense) [44].

Принцип работы данной конструкции ММГ состоит в следующем. С помощью гребенчатых электростатических актюаторов инерционная масса начинает совершать вынужденные колебания в направлении оси X. При этом считается, что жесткая рамка остается в покое. При возникновении переносной Q по оси Z, инерционная масса совместно с жесткой рамкой начинает совершать линейные перемещения вдоль оси Y за счет изгиба упругих элементов. Амплитуда колебаний ИМ будет пропорциональна величине Q, а

фаза - направлению. Выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений [44].

7

1

1« •1

а) конструкция одномассового ММГ ЬЬ-типа с ГО08-подвесом

б) конструкция одномассового ММГ ЬЬ-типа с 18СЮ-подвесом

1 - инерционная масса; 2,4- упругие элементы подвеса; 3 - опоры; 5 - неподвижные гребенчатые электроды; 6 - неподвижные планарные электроды; 7 - жесткая рамка Рисунок 1.2- Схемы построения одномассовых ММГ ЬЬ-типа с рамкой

Достоинством данной конструкции является независимость первичных и вторичных колебаний инерционной массы, а недостатком - квадратурная ошибка, влияющая на РЧ в РД, обусловленная технологическими погрешностями изготовления электростатических приводов.

На рисунке 1.2,6 представлена конструкция ММГ ЬЬ-типа с

конфигурацией упругого подвеса, названной ISOD (Inside sense outside drive) [44].

Данный микромеханическое устройство работает следующим образом. С помощью гребенчатых электростатических актюаторов ИМ совместно с жесткой рамкой приводится в возвратно-поступательное движение в

направлении оси X. При возникновении переносной Q по оси Z, инерционная масса начинает совершать линейные перемещения вдоль оси Y за счет изгиба упругих элементов. Амплитуда колебаний ИМ будет пропорциональна

величине Q, а выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений [4.4].

Достоинством данной конструкции ММГ является значительное снижение влияния квадратурной ошибки, обусловленной технологическими погрешностями изготовления электростатических приводов на вторичные колебания ИМ [44].

Недостатком является факт совершения колебаний инерционной массой в режиме движения, что оказывает влияние на выходной сигнал емкостных преобразователей перемещений за счет изменения площади взаимного перекрытия ИМ и латеральных неподвижных электродов [44].

Рассмотренные принципы построения одномассовых ММГ с одной осью чувствительности, направленной перпендикулярно плоскости подложки, могут быть применены для конструкций ММГ с осыо чувствительности, лежащей в плоскости подложки.

На рисунках 1.3 и 1.4 представлены принципиальные схемы построения ММГ LL-типа, у которых первичные и вторичные колебания ИМ лежат в разных плоскостях [9, 35].

Общим недостатком одномассовых сенсоров LL-типа является трудность выделения полезного сигнала, обусловленного действием сил инерции Кориолиса, от сигнала, вызванного действием линейного ускорения вдоль оси вторичных колебаний инерционной массы. Введение второй инерционной массы, совершающей противофазные первичные колебания относительно

первой массы, позволяет достаточно просто выделить сигналы, обусловленные действием угловых скоростей и линейных ускорений [9].

1 - инерционная масса; 2 - упругие элементы подвеса; 3 - опора; 4 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических актюаторов; 5 - неподвижный электрод емкостного преобразователя перемещений

Рисунок 1.3 - Одноосевой ММГ с разными плоскостями первичных и

вторичных колебаний ИМ

1 - инерционная масса; 2, 4 - упругие элементы подвеса; 3 - опора; 5 - рамка; 6 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических актюаторов; 7 - неподвижный электрод емкостного преобразователя перемещений Рисунок 1.4 - Одноосевой ММГ с КОБ-подвесом

Двухмассовые ММГ ЬЬ-типа представляют собой различные комбинации одномассовых устройств, с противофазным перемещением инерционных масс в режимах движения и чувствительности [9].

На рисунке 1.5 представлен двухмассовый микромеханический гироскоп с одной осью чувствительности [9, 35, 39, 50].

Данный сенсор позволяет измерять величину при вращении его основания вокруг оси X, расположенной в плоскости подложки. Регистрация

амплитуды колебаний инерционных масс под действием сил инерции Кориолиса производится с помощью емкостных преобразователей перемещений, образуемых инерционными массами и неподвижными электродами, расположенными под ними [9, 35].

4

1 - инерционные массы; 2 - упругий подвес; 3 - опоры;

4 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических приводов;

5 - неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений

Рисунок 1.5 — Двухмассовый микромеханический гироскоп с одной осью чувствительности

Инерционные массы посредством трех электростатических приводов приводятся в колебательное движение в плоскости подложки. Векторы скоростей инерционных масс находятся в противофазе друг другу. При возникновении угловой скорости вокруг оси X под действием сил инерции Кориолиса инерционные массы начинают совершать противофазные вторичные колебания перпендикулярно плоскости подложки (первичных колебаний). Емкостные преобразователи перемещений формируют выходной сигнал гироскопа, пропорциональный величине угловой скорости [9].

Общим недостатком двухмассовых ММГ ЬЬ-типа, является независимость упругих подвесов инерционных масс и, следовательно, сложность обеспечения равенства частот их собственных колебаний и

синхронности противофазных первичных и вторичных колебаний [9].

Достоинством ММГ ЬЬ-типа является высокая степень интеграции, как с другими компонентами МСТ, так и с элементами интегральных схем (ИС), за счет возможности изготовления в рамках любой технологии МЭМС и ИС.

Инерционные массы ММГ И1-типа совершают угловые колебания в обоих режимах работы. Сочетание относительного, вращательного движения инерционной массы в РД и ее переносного, вращательного движения в РЧ приводит к возникновению момента сил инерции Кориолиса (гироскопического момента) [9, 35, 47-49, 52].

Различаю сенсоры ИЯ-типа с наружным и внутренним кардановыми подвесами.

На рисунке 1.6 приведен одноосевой микромеханический гироскоп с наружным кардановым подвесом [9, 35].

1 - инерционная масса; 2 - упругие элементы подвеса; 3 - корпус; 4 - внутренняя рамка; 5 - наружная рамка; 6 - неподвижные электроды электростатических приводов; 7 - неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений гироскоп с наружным кардановым подвесом

Инерционная масса приводится во вращательное движение относительно оси X с помощью электростатических приводов, образованных наружной рамкой и планарными электродами электростатических приводов. При

возникновении О по оси Ъ внутренняя рамка под действием гироскопического момента начинает совершать угловые колебания относительно оси У за счет кручения упругих торсионов. Амплитуда колебаний внутренней рамки будет пропорциональна величине угловой скорости, а фаза - направлению. Выходной

сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений, образованных внутренней рамкой и электродом емкостных преобразователей [9, 35].

Конструкции с внутренним кардановым подвесом позволяют реализовывать независимые угловые перемещения ИМ по двум степеням свободы. Причем подвес расположен внутри рамки, связывающей инерционные тела и охватывающей подвес [9, 35].

На рисунке 1.7 представлены принципиальные схемы чувствительных элементов ММГ с внутренним кардановым подвесом [9].

а) одноосевой ММГ с непосредственной передачей момента сил на инерционную массу

б) одноосевой ММГ с возможностью

передачи момента сил на ИМ непосредственно или через элемент 4

в) двухосевой ММГ с непосредственной передачей момента сил на инерционную массу

1 - инерционная масса (ротор); 2, 5 - упругие элементы подвеса;

3 - опора; 4 - жесткий элемент упругого подвеса Рисунок 1.7 - Принципиальные схемы чувствительных элементов ММГ Ю1-типа с внутренним кардановым подвесом

Микромеханические устройства ЯЯ-типа реализованные по принципиальным схемам, представленным на рисунках 1.7,а и 1.7,6, позволяют

измерять переносную О вдоль одной оси чувствительности У. Отличие состоит лишь в том, что актюаторные элементы по первой схеме построения (рисунок 1.7,а), обеспечивающие первичные колебания ИМ вокруг оси Ъ, располагаются снаружи ротора, в актюаторные элементы по второй схеме (рисунок 1.7,6) - в пространстве ограниченном внутренним контуром жесткого элемента 4 [9].

Принцип работы данных ММГ состоит в следующем. С помощью электростатических актюаторных элементов ротор начинает совершать первичные колебания в плоскости подложки вокруг оси Ъ. При возникновении

О, вектор которой направлен вдоль оси чувствительности У, ИМ под действием гироскопического момента начинает совершать колебания вокруг измерительной оси X. Амплитуда колебаний ротора вдоль оси X будет пропорциональна величине угловой скорости, а фаза - ее направлению. Выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений, образованных ротором и неподвижными электродами емкостных преобразователей, расположенных под ним на подложке [9].

Достоинством принципиальной схемы, приведенной на рисунке 1.7,в,

является возможность измерения О по двум осям X и У. Принцип работы данной схемы ММГ состоит в следующем. С помощью электростатических актюаторных элементов ротор начинает совершать первичные колебания в плоскости подложки вокруг оси Z. При возникновении О, вектор которой направлен по оси У, инерционная масса под действием гироскопического момента начинает совершать колебания вокруг оси X. Амплитуда колебаний ротора вдоль оси X будет пропорциональна величине угловой скорости вдоль

оси У, а фаза - направлению. При возникновении О, вектор которой направлен вдоль оси X, инерционная масса под действием гироскопического момента начинает совершать колебания вокруг оси У. Амплитуда колебаний ротора вдоль оси У будет пропорциональна величине С> вдоль оси X, а фаза -

направлению. Выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений, образованных ротором и неподвижными электродами емкостных преобразователей, расположенных под ним на подложке [9].

Инерционная масса сенсоров ЯК-типа может быть кольцевой формы, как показано выше, так и сконфигурирована с разнесением масс для увеличения инерционности ротора.

На рисунке 1.8 представлена конструкция одноосевого ММГ ЯЯ-типа с внутренним упругим подвесом [35].

Принцип функционирования данного ММГ, представленного на рисунке 1.8, аналогичен принципу работы микромеханических сенсоров, показанных на рисунках 1.7,а и 1.7,6.

На рисунке 1.9 представлена конструкция двухосевого ММГ ЯЯ-типа с внутренним упругим подвесом [35].

Принцип функционирования данного ММГ с двумя осями чувствительности аналогичен принципу работы сенсора, приведенного на рисунке 1.7,в.

Для исключения влияния устройств возбуждения первичных колебаний непосредственно на инерционную массу предложена другая принципиальная

2

з

1 - инерционные массы; 2 - упругий подвес; 3 - опора; 4 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических актюаторов

Рисунок 1.8 - Микромеханический гироскоп ЯЯ-типа с одной осью чувствительности

схема чувствительного элемента ММГ (micromachined angular rate sensor) [35].

RR-типа, названная MARS-RR

1 - инерционные массы; 2 - упругие элементы; 3 - опора; 4 - неподвижные гребенчатые электроды электростатических актюаторов

Рисунок 1.9 - Микромеханический гироскоп И^-типа с двумя осями чувствительности

На рисунке 1.10 представлена конструкция ММГ MARS-RR с одной осью чувствительности [35].

1 - инерционные массы; 2,5- упругие элементы подвеса; 3 - опоры; 4 - ротор гребенчатого электростатического актюатора

Рисунок 1.10- Конструкция одноосевого ММГ MARS-RR

Принцип работы устройства состоит в следующем. С помощью электростатических актюаторных элементов ротор начинает совершать первичные колебания в плоскости подложки вокруг оси Ъ. При возникновении

О, вектор которой направлен вдоль оси У, инерционные массы под действием

гироскопического момента начинают совершать противофазные колебания вокруг оси X. Амплитуда колебаний ИМ вдоль оси X будет пропорциональна

величине О вдоль оси У, а фаза - направлению вращения. Выходной сигнал формируется емкостными преобразователями перемещений, образованных ИМ и неподвижными электродами, расположенных на подложке под ними.

На основе рассмотренной принципиальной схемы построения сенсоров

О. может быть построена конструкция многомассового ММГ МАИ^-КЛ с двумя осями чувствительности (рисунок 1.11) [35].

1 - инерционные массы; 2,5- упругие

элементы подвеса; 3 - опоры;

4 - ротор гребенчатого

электростатического актюатора;

6 - неподвижные электроды

емкостных преобразователей

перемещений X

Рисунок 1.11- Конструкция двухосевого ММГ МАК^-Ш^

Принцип работы представленной конструкции сенсора аналогичен предыдущему ММГ. С помощью электростатических актюаторных элементов ротор начинает совершать первичные колебания в плоскости подложки вокруг оси Z. При возникновении О, вектор которой направлен вдоль оси У, инерционные массы под действием гироскопического момента начинают совершать противофазные колебания вокруг оси X. Амплитуда колебаний ИМ вдоль оси X будет пропорциональна величине угловой скорости вдоль оси У, а фаза - направлению вращения. При возникновении О, вектор которой направлен вдоль оси X, инерционные массы под действием гироскопического момента начинают совершать противофазные колебания вокруг оси У.

Амплитуда колебаний ИМ вдоль оси Y будет пропорциональна величине Q вдоль оси X, а фаза - направлению вращения. Выходные сигналы ММГ формируются емкостными преобразователями перемещений, образованных ИМ и неподвижными электродами, расположенных на подложке под ними.

Общим достоинством сенсоров RR-типа является высокая степень интеграции с компонентами МСТ и ИС, за счет возможности изготовления в рамках любой технологии МЭМС.

Микромеханические гироскопы LR(RL)-Tnna совмещают различные комбинации возвратно-поступательного и вращательного перемещений инерционных масс [9, 35, 44, 47-49].

Принципиальные схемы построения чувствительных элементов ММГ LR-типа с одной осью чувствительности представлены на рисунке 1.12 [9].

Микромеханический сенсор, представленный на рисунке 1.12,а работает следующим образом. С помощью электростатических актюаторов инерционные массы в парах, расположенные вдоль осей X и Y, начинают совершать противофазные линейные перемещения в плоскости подложки. При

возникновении Q по оси Z, на каждую инерционную массу, также в плоскости подложки, начинают действовать силы инерции Кориолиса. Под действием этих сил за счет изгиба упругих элементов 4 инерционные массы вместе с жесткими элементами 3 упругого подвеса начинают совершать угловые перемещения относительно оси Z. Таким образом, реализуется преобразование возвратно-поступательного движения ИМ в угловые перемещения чувствительного элемента ММГ в одной плоскости [9].

Принцип работы ММГ, представленного на рисунке 1.12,6, состоит в следующем. С помощью электростатических актюаторов инерционные массы начинают совершать противофазные линейные перемещения в плоскости подложки. Кинематическая связь 6 обеспечивает синхронизацию

противофазных колебаний ИМ в режиме движения. При возникновении Q по оси Z на инерционные массы начинают действовать силы инерции Кориолиса, направленные перпендикулярно плоскости первичных колебаний. Под

действием этих сил инерционные массы, за счет кручения упругих элементов 4, начинают совершать угловые перемещения вокруг оси Z. Таким образом, плоскости первичных и вторичных колебаний лежат во взаимно ортогональных плоскостях [9].

а) первичные и вторичные колебания ИМ лежат в одной плоскости

рд

2 3 д\ 4

/ ^

1 1 1

-1 1 '

[

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Лысенко, Игорь Евгеньевич

8.3. Выводы

На основе исследований, приведенных в главе 8, можно сделать следующие выводы:

- разработаны обобщенные метод и методика проектирования ММГА ЬЬи ЬЯ-типов с двумя и тремя осями чувствительности и ММЗ с крестообразным и интегрированным внутренними подвесами;

Рисунок 8.3 - Непрерывная модель Рисунок 8.4 - Конечно-элементная углеродной нанотрубки модель наномеханического компонента

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии предложенных функционально интегрированных двухмассовых ММГА LL-типа в САПР Tanner Pro;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии функционально интегрированных ММГА и НМГА LL-типа в САПР Tanner Pro;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии функционально интегрированных ММГА и НМГА LR-типа в САПР Tanner Pro;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии функционально интегрированных трехосевых ММГ LR-типа в САПР Tanner Pro;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии ММЗ с крестообразным внутренним подвесом в САПР Tanner Pro;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии ММЗ с интегрированным внутренним подвесом в САПР Tanner Pro;

-разработана библиотека параметризуемых геометрических и конечно-элементных моделей ММГА, НМГА и ММЗ для моделирования в программе ANSYS;

- разработана методика построения геометрических моделей углеродных нанотрубок с произвольным углом хиральности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований в рамках настоящей диссертационной работы решены следующие основные задачи и получены следующие результаты:

- разработаны методы построения функционально интегрированных ММГА и НМГА, обеспечивающих измерение О и а по двум или трем осями, интегральных ММЗ с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами;

-разработаны модели предложенных функционально интегрированных компонентов МОЭМС;

- разработаны критерии согласования частот колебаний чувствительных элементов функционально интегрированных многоосевых ММГА и НМГА;

- разработаны критерии оценки параметров гребенчатых электродов электростатических приводов и емкостных преобразователей перемещений функционально интегрированных сенсоров;

- разработаны уравнения равновесия зеркальных элементов микрозеркал с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами;

- разработаны модели коэффициентов жесткости упругих подвесов чувствительных элементов предложенных компонентов МОЭМС;

- разработаны оригинальные конструкции функционально интегрированных ММГА и НМГА с двумя и тремя осями чувствительности, интегральных ММЗ с крестообразным и интегрированным внутренними подвесами, защищенные патентами РФ на изобретения. Получено 14 патентов РФ на изобретения;

-разработаны макросы построения параметризуемых геометрических и конечно-элементных моделей предложенных компонентов МОЭМС для численного моделирования в пакете программ ANS YS;

- разработаны параметризуемые высокоуровневые VHDL-AMS описания предложенных компонентов МОЭМС;

- на основе предложенных моделей микро- и наноразмерной элементной базы МЭМС разработаны и защищены свидетельствами Российской Федерации о государственной регистрации ПрЭВМ программы моделирования интегральных микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с двумя или тремя осями чувствительности. Получено 7 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ;

-разработаны технологические маршруты изготовления интегральных многоосевых микро- и наномеханических сенсоров Q и а, микромеханических зеркал;

- проведены исследования влияния технологического дрейфа на собственные частоты колебаний упругих подвесов чувствительных элементов трехосевых ММГА LL- и LR-типа;

-разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные образцы функционально интегрированного микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа с тремя осями чувствительности;

- разработаны электрические принципиальные схемы устройств обработки сигналов предложенных компонентов МОЭМС «емкость-частота»;

- изготовлены и исследованы макеты устройств обработки сигналов микро- и наномеханических компонентов;

-разработаны обобщенный метод и методика проектирования микро- и наноразмерных сенсоров LL- и LR-типов, ММЗ с интегрированным и крестообразным внутренними подвесами;

- разработана методика построения геометрических моделей углеродных нанотрубок с произвольным углом хиральности;

- разработаны параметризуемые макросы для автоматизированного синтеза топологии функционально интегрированных ММГА и НМГА, интегральных ММЗ с крестообразным и интегрированным внутренними подвесами в САПР Tanner Pro.

В ходе выполнения диссертационной работы, полученные результаты нашли практическое применение в научных исследованиях и разработках:

- ФГУ Российского научного центра «Курчатовский институт» (г. Москва);

- ОАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов-сборка» (г. Воронеж);

- ООО «Центр нанотехнологий» (г. Таганрог);

- Научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Южного федерального университета (г. Таганрог);

- использованы в НИР, выполненных по заданиям Министерства образования и науки РФ;

- внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» (приложение 8).

Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности использования предложенных методов построения и проектирования интегральных микро- и наномеханических сенсоров О и а с двумя и тремя осями чувствительности, микромеханических зеркал с крестообразным и интегрированным внутренними подвесами.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Лысенко, Игорь Евгеньевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

В.Д.Вернер, П.П.Мальцев, А.А.Резнев, А.Н.Сауров, Ю.А.Чаплыгин. Современные тенденции развития микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника - 2008 - №8 - С. 2-6.

В.В.Лучинин, П.П.Мальцев. О термине «Микросистемная техника» в русском и английском языках // Нано- и микросистемная техника-

2006,-№2.-С. 39-41.

В.Д.Вернер, П.П.Мальцев. Возможности и ограничения перехода от микросистемной техники к наносистемной технике // Нано- и микросистемная техника - 2006 - №10 - С. 2-5.

В.Д.Вернер, А.А.Иванов, Н.Г.Коломенская, В.В.Лучинин, П.П.Мальцев, И.В.Попова, А.Н.Сауров, В.А.Телец. Изделия микросистемной техники -основные понятия и термины // Нано- и микросистемная техника - 2007-№12,-С. 2-5.

В.Д.Вернер, А.А.Иванов, Н.Г.Коломенская, В.В.Лучинин, П.П.Мальцев, И.В.Попова, А.Н.Сауров, В.А.Телец. Изделия микросистемной техники -термины и определения, классификация и обозначения типов // Нано- и микросистемная техника - 2008 - №1- С. 2-5.

П.П.Мальцев. О классификации в области микросистемной техники //

Нано- и микросистемная техника - 2005 - №1- С. 9-10.

М.М.Гольцова, В.А.Юдинцев. МЭМС: большие рынки малых устройств //

Нано- и микросистемная техника - 2008 - №4 - С. 9-13.

В.А.Гридчин, В.П.Драгунов. Физика микросистем: Учеб. пособие. В 2 ч.

Ч.1.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.-416 с.

В.Я.Распопов. Микромеханические приборы. - М.: Машиностроение-

2007.-400 с.

А.Васенко, В.Епифанов, В.Юдинцев. Микроэлектромеханические системы. Настало время выходить в свет // Электроника: Наука,

Технология, Бизнес,- 1998,- №5-6,- С.55-59.

11. Б.Подлепецкий. Интегральные полупроводниковые сенсоры: состояние и перспективы разработок // Chip news - 1998 - №5(26).- С.38-45.

12. Д.М.Климов, А.А.Васильев, В.В.Лучинин, П.П.Мальцев. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке // Микросистемная техника,- 1999.- №1- С.3-6.

13. В.Варадан, К.Виной, К.Джозе. ВЧ МЭМС и их применение- М.: Техносфера, 2004,- 528 с.

14. А.В.Корляков, В.В.Лучинин. Перспективная элементная база микросистемной техники // Микросистемная техника - 1999 - №1- С. 1215.

15. Л.Ю.Бочаров, П.П.Мальцев. Состояние и перспективы развития микроэлектромеханических систем за рубежом // Микросистемная техника,- 1999.- №1,- С.41-46.

16. С.П.Тимошенков, А.П.Кульчицкий. Применение МЭМС-сенсоров в системах навигации и ориентации подвижных объектов // Нано- и микросистемная техника. - 2012. - №6. - С. 51-56.

17. А.А.Иванов, П.П.Мальцев, В.А.Телец. О направлениях развития микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника- 2006-№1- С. 2-12.

18. П.П.Мальцев. Перспективы разработки микросистемной техники в России // Микросистемная техника - 2002 - №8 - С. 7-10.

19. В.В.Аравин, В.Д.Вернер, А.Н.Сауров, П.П.Мальцев. МЭМС высокого уровня - возможный путь развития МЭМС в России // Нано- и микросистемная техника-№6, 2011- С. 28-31.

20. Л.В.Соколов. Сенсорные твердотельные микроприборы и микросистемы на основе MEMS-технологии // Зарубежная электронная техника - 1999-№1- С.93-116.

21. А.А.Иванов, П.П.Мальцев. Микросистемная техника - основа научно-

технической революции в военном деле // Микросистемная техника.-2004,-№10.-С. 2-6.

22. П.П.Мальцев, К.М.Пономарев, В.О.Толчеев, В.М.Чистяков. Интеллектуальные микроробототехнические агенты и многоагентные системы // Микросистемная техника - 2001 - №6 - С. 9-12.

23. И.А.Каляев, В.Н.Котов, В.Г.Кливдухов, А.П.Кухаренко. Микроэлектронные сенсорные системы: опыт создания и применения // Микросистемная техника - 1999 - №1- С.32-35.

24. Л.Ю.Бочаров, И.Д.Эпинатьев. Состояние и перспективы развития подводных мини- и микроробототехнических систем за рубежом // Микросистемная техника - 2000 - №4 - С.39.

25. В.Л.Будкин, В.А.Паршин, С.В.Прозоров, А.К.Саломатин, В.М.Соловьев. Инерциальные датчики для систем навигации и ориентации // Микросистемная техника - 2000 - №2 - С.31-34.

26. Н.А.Шелепин. Кремниевые микросенсоры и микросистемы: от бытовой техники до авиационных приборов // Микросистемная техника - 2000-№1- С.40-43.

27. И.В.Прокофьев, Р.Д.Тихонов. Нано- и микросистемы для мониторинга параметров движения транспортных средств // Нано- и микросистемная техника,-№12, 2011,-С. 48-50.

28. С.А.Анчурин, В.Н.Максимов, Е.С.Морозов, А.С.Головань, В.Ф.Шилов. Блок инерциальных датчиков // Нано- и микросистемная техника - №1, 2011.-С. 50-53.

29. М.А.Королев, Р.Д.Тихонов, Ю.А.Чаплыгин. Интегрированные микросистемы - перспективные элементы микросистемной техники // Микросистемная техника - 2003 - №7 - С. 6-7.

30. А.В.Корляков, В.В.Лучинин, П.П.Мальцев. Микроэлектромеханические структуры на основе композиции «карбид кремния-нитрид алюминия // Микроэлектроника,- 1999.- Т.28, №3,- С.201-212.

i.1

31. А.И.Погалов, В.П.Тимошенков, С.П.Тимошенков, Ю.А.Чаплыгин. Разработка микрогироскопов на основе многослойных структур кремния и стекла // Микросистемная техника - 1999.- №1- С. 36-41.

32. С.П.Тимошенков. Элементы микроэлектромеханических систем, реализуемых на составных структурах // Микросистемная техника - 2002-№4,- С. 3-6.

33. П.П.Мальцев, А.Ю.Никифоров, В.А.Телец. Интегрированные технологии микросистемной техники // Микросистемная техника - 2001 - №11- С. 22-24.

34. В.П.Тимошенков, С.П.Тимошенков, А.А.Миндеев. Разработка конструкции микрогироскопа на основе КНИ-технологии // Известия вузов. Электроника - 1999-№6-С.46-50.

35. М.И.Евстифеев, А.А.Унтилов. Конструкции подвесов микромеханических гироскопов // Материалы докладов VI НТК «Навигация и управление движением»,- СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005 - 324 с.

36. Ю.Н.Золотов, С.П.Тимошенков, Н.А.Шелепин. Применение комплексных методов проектирования в процессе разработки интегральных преобразователей механических величин // Нано- и микросистемная техника,- 2007,- №3,- С. 4-10.

37. М.А.Басараб, В.Ф.Кравченко, В.А.Матвеев. Математическое моделирование физических процессов в гироскопии - М.: Радиотехника, 2005,- 176 с.

38. А.Н.Бубенников. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем: Учеб. пособие для спец. «Физика и технология материалов и компонентов электронной техники». - М.: Высшая школа, 1989.-320 с.

39. Berkeley sensor & actuator center. URL: http://www-bsac.eecs.berkeley.edu.

40. L.Zhou. Optical MEMS for free-space communication- University of California, Berkeley, 2004,- 140p.

41. J.T.Nee. Hybrid surface-/bulk-micromachining processes for scanning micro-optical components - University of California, Berkeley, 2001.- 119 p.

42. S.Nasiri. A critical review of MEMS gyroscopes technology and commercialization status. URL: http://invensense.com.

43. В.В.Ефимов, В.А.Калинин, В.В.Лихошерст, В.В.Матвеев, В.Я.Распопов. Информационно-аналитическое обеспечение начальных этапов проектирования микромеханических гироскопов и акселерометров // Нано- и микросистемная техника-№1, 2012 -С. 11-18.

44. M.Palaniapan. Integrated surface micromachined frame microgyroscopes-University of California, Berkeley, 2002 - 168 p.

45. H.Xie, G.K.Fedder. Integrated microelectromechanical gyroscopes // Journal of aerospace engineering - 2003 - №4 - p. 65-75.

46. В.Н.Балычев, С.А.Зотов, Е.С.Морозова, Е.П.Прокопьев, С.П.Тимошенков. Передаточные функции чувствительного элемента микромеханического вибрационного гироскопа LL-типа // Нано- и микросистемная техника-2007,-№9,-С. 32-34.

47. N.Yazdi, F.Ayazi, K.Najafi. Micromachined inertial sensors // Proceeding of the IEEE.- 1998,- vol.86, №8,- p. 1640-1659.

48. W.A.Clark. Micromachined vibratory rate gyroscopes- University of California, Berkeley, 1997,- 155 p.

49. H.Xie. Gyroscope and micromirror design using vertical-axis CMOS-MEMS actuation and sensing - Carnegie Mellon university, 2002 - 246 p.

50. И.В.Меркурьев, В.В.Подалков. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009- 228 с.

51. Ю.Г.Мартыненко. Инерциальная навигация // Соросовский образовательный журнал - 1998-№8-С. 102-108.

52. С.А.Зотов, С.П.Тимошенков, Ю.А.Чаплыгин. Особенности динамики элементов микро- и наномеханики углового типа с электростатическим возбуждением // Российские нанотехнологии - 2006 - №1-2 - С.233-239.

53. И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр. Патент РФ №2293338, 2007г.

54. И.Е.Лысенко. Микромеханический сенсор угловых скоростей и линейных ускорений // Труды IX Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».- Ульяновск: УлГУ, 2007,- С. 140.

55. M.Lemkin et al. A 3-axis surface micromachined ZA accelerometer- ISSCC Digest.- 1997,-p. 202-203

56. В.Н.Балычев, С.А.Зотов, В.В.Калугин, Е.С.Морозова, С.П.Тимошенков. Разработка микропривода для управления микрозеркалом // Нано- и микросистемная техника - 2007 - №5 - С. 66-70.

57. Е.С.Горнев, Н.А.Зайцев, М.Ф.Равилов, И.М.Романов, С.О.Ранчин. Микрооптические устройства на основе отражающих элементов -микрозеркал // Микросистемная техника - 2002 - №9 - С. 29-34.

58. Н.А.Зайцев. Микрозеркала в кремниевом кристалле // Микросистемная техника,-2004.-№12.-С. 10-12.

59. H.Fujita, H.Toshiyoshi. Optical MEMS // IEICE Trans. Electron.- 2000,- vol. E83-C, №9 - P. 1427-1434.

60. R.A.Conant. Micromachined mirrors- University of California, Berkeley, 2002.- 193 p.

61. К.Э.Петерсен. Кремний как механический материал // ТИИЭР- 1982-Т.70, №5 - С.5-49.

62. Лысенко, И.Е. Разработка методов проектирования элементов МОЭМС, изготавливаемых по технологии поверхностной микрообработки: дис. ... канд. техн. наук : 05.27.01 : защищена 27.06.02. - Таганрог, 2002. - 277 с. -Библиогр.: с. 244-259.

63. L.Jiang, W.Carr. Design, fabrication and testing of a micromachined thermo-optical light modulator based on a vanadium dioxide array // Journal of micromechanical microengineering - 2004 - №14 - p. 833-840.

64. J.-H.Kim, H.-K.Lee et al. A high fill-factor micromirror staced on a crossbar

torsion spring for electrostatically-actuated two-axis operation in large-scale optical switch // Proceeding of the IEEE International conference on microelectromechanical systems-2003 -p. 259-262.

65. V.P.Petkov. High-order EA interface for micromachined inertial sensorsTechnical University of Sofia, 1999 - 103 p.

66. В.Я.Распопов. Микромеханические приборы- Тула: Тульский государственный университет - 2002. - 392 с.

67. С.-S.Chen, W.-J. Kuo. Squeeze and viscous dampings in micro electrostatic comb drives // Sensors and Actuators A - vol. 107 - 2003 - p. 193-203.

68. J.Carter, A.Cowen, B.Hardy , R.Mahadevan, M.Stonefield, S.Wilcenski. MUMPs design handbook.- MEMSCAP.- Revision 11.0 - 2008.- 44 p.

69. M.Elwenspoek, R.Wiegerink. Silicon micro accelerometers // Mechanical microsensors- 2005 - p. 230-236.

70. А.И.Белоус, В.А.Емельянов, C.E.Дрозд, Е.В.Коннов, Н.И.Мухуров, В.А.Плебанович. Схемотехническое конструирование БИС преобразователя емкость-напряжение для микроэлектромеханических датчиков // Нано- и микросистемная техника - 2008 - №8 - С. 15-19.

71. S.-H.C.Paik. A MEMS-based precision operational amplifier - Massachusetts institute of technology, 2004 - 123 p.

72. Н.В.Моисеев, Я.А.Некрасов, Д.А.Уткин. Устройство управления гребенчатым двигателем микромеханического датчика с резонансным подвесом дискового ротора. Патент РФ на полезную модель №51233, 2004г.

73. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Ю.Ф.Опадчий, О.П.Глудкин, А.И.Гуров; Под ред. О.П.Глудкина- М.: Горячая Линия - Телеком, 2000 - 768с.

74. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп. Патент РФ на изобретение №2266521, 2005г.

75. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.В.Шерова. Интегральный

микромеханический гироскоп-акселерометр. Патент РФ на изобретение №2351896, 2009г.

76. И.Е.Лысенко. Интегральные микромеханические сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений - Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013 - 180 с.

77. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Элементная база наноэлектроники, микро- и наносистемной техники- Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007.-91 с.

78. И.Е.Лысенко. Метод проектирования микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа // Известия ЮФУ. Технические науки,- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009.-№1,-С. 117-123.

79. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. I. Механика - М.: Физматлит, 2004 - 224с.

80. Е.Б.Механцев, И.Е.Лысенко. Физические основы микросистемной техники - Таганрог: Издательство ТРТУ, 2004 - 54 с.

81. I.E.Lysenko. Modeling of two-axis micromechanical gyroscope-accelerometer // Proceeding of the International Conference "Micro- and nanoelectronics -2012" (ICMNE-2012).- Moscow-Zvenigorod, Russia, 2012,-p.03-31.

82. И.Е.Лысенко, И.В.Куликова, Е.В.Полищук, В.А.Хайрулина. Моделирование элементов микросистемной техники в программе ANSYS - Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 200742 с.

83. И.Е.Лысенко, М.А.Денисенко, Е.В.Шерова, Н.К.Приступчик. Моделирование элементов микросистемной техники в программе ANSYS. Часть II,- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009,- 28 с.

84. И.Е.Лысенко, Е.А.Рындин. Моделирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники с использованием языка VHDL-AMS- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2003 - 27 с.

85. I.E.Lysenko. Simulation of the micromachined switches // Proceedings of the IARP Workshop on Microrobots, Micromachines an Microsystems - Moscow:

Institute for Problems in Mechanics RAS, 2003,- pp. 165-169.

86. И.Е.Лысенко. Проектирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники - Таганрог: Издательство ТРТУ, 2005 - 103 с.

87. И.Е.Лысенко, О.А.Ежова, А.В.Лашков. Критерий оценки жесткости пальцев гребенок электродов микроэлектромеханических преобразователей // Фундаментальные исследования - 2012. - №11, часть 2,-С. 636-639.

88. И.П.Копылов. Электрические машины: Учебник для вузов- М.: Энергоатомиздат, 1986-360с.

89. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.А.Рындин. Программа для моделирования микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2012610544, 2012г.

90. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический акселерометр-клинометр. Патент РФ на изобретение №2279092, 2006г.

91. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.В.Полищук. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок. Патент РФ на изобретение №2334237, 2008г.

92. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Сенсор ускорения по трем направлениям // Известия ТРТУ,- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2001, №1 (19).- С. 96-97.

93. И.Е.Лысенко, Е.В.Полищук. Многоосевой микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок // Труды VII Международной НТК «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии».- Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2007-С.269-271.

94. И.Е.Лысенко. Многоосевой микромеханический акселерометр на основе углеродных нанотрубок // Труды IX Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы»,- Ульяновск: УлГУ, 2007,- С. 116.

95. И.Е.Лысенко. Микромеханический акселерометр с наноразмерными емкостными преобразователями перемещений // Труды X Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».-Ульяновск: УлГУ, 2008,- С. 104.

96. И.Е.Лысенко. Функционально интегрированные микро- и наномеханические сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений — Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013.- 167 с.

97. И.Е.Лысенко, Е.В.Шерова. Моделирование упругого подвеса трехосевого микромеханического гироскопа-акселерометра // Известия вузов. Электроника.- 2009.- №4,- С.48-55.

98. И.Е.Лысенко, Е.В.Полищук. Моделирование многоосевого микромеханического акселерометра // Материалы Международной НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2006).- М.: МИРЭА, 2006,- Ч.З.- С.240-243.

99. П.Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века - М.: Техносфера, 2003 - 336 с.

100. Б.Г.Коноплев, А.О.Агеев, И.Е.Лысенко, А.А.Федотов, А.Ю.Трегубенко. Моделирование элементов наномеханики на основе углеродных нанотрубок // Материалы X Международной НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (ПЭМ-06).- Таганрог: ТРТУ, 2006,- Ч.2.- С.37-39.

101. И.Е.Лысенко, Е.В.Полищук. Моделирование микромеханического гироскопа-акселерометра на основе углеродных нанотрубок // Труды IX Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».- Ульяновск- УлГУ, 2007 - С.27.

102. И.Е.Лысенко, К.С.Анохина. Моделирование интегрального переключателя на основе углеродных нанотрубок // Труды X Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».- Ульяновск: УлГУ, 2008,- С. 105.

103. М.И.Евсеев, А.А.Унтилов. Требования к точности изготовления упругого подвеса микромеханического гироскопа // Гироскопия и навигация - №22003 - С.24-31.

104. М.Ф.Пономарев. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА.-М.: Радио и связь, 1982.- 288 с.

105.Е.В.Шерова, И.Е.Лысенко. Влияние технологических погрешностей на динамику работы микропреобразователя угловых скоростей и линейных ускорений // Труды XI Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». - Ульяновск: УлГУ, 2009. - С. 195

106. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп. Патент РФ на изобретение №2300773, 2007г.

107. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, А.А.Федотов. Интегральный микромеханический гироскоп на основе углеродных нанотрубок. Патент РФ на изобретение №2304273, 2007г.

108. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.В.Шерова. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр. Патент РФ на изобретение №2351897, 2009г.

109. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок. Патент РФ на изобретение №2455652, 2012г.

110. И.Е.Лысенко, A.C.Бегун. Микро- и наносистемы для мониторинга параметров движения тела человека // Известия ЮФУ. Технические науки,- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009.- №10,- С.246-248.

111. И.Е.Лысенко. Многоосевые микро- и наномеханические гироскопы-акселерометры // Сборник тезисов докладов участников Второго международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий-М.: Роснано, 2009-С. 164-166.

112. И.Е.Лысенко. Теория микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа // Известия ЮФУ. Технические науки-

Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009.-№1,-С. 123-128.

113. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.В.Шерова. Интегральный сенсор угловых скоростей и линейных ускорений // Инженерный вестник Дона, 2010 - №3. http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный) - Загл. с экрана - Яз. рус - С. 18-22.

114. Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Решение задач математической физики в системе MatLab- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2005 - 62 с.

115. И.Е.Лысенко, Б.Г.Коноплев. Программа для моделирования динамических характеристик микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011614159, 2011г.

116. И.Е.Лысенко. Моделирование двухосевого микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа // Инженерный вестник Дона, 2013 - №1. http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный) - Загл. с экрана - Яз. рус.

117. И.Е.Лысенко, А.В.Лысенко. Интегральные сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа на основе углеродных нанотрубок // Инженерный вестник Дона, 2012 - №4. http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный) - Загл. с экрана - Яз. рус.

118. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп. Патент РФ на изобретение №2251077, 2005г.

119. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Моделирование интегрального микромеханического гироскопа с тремя осями чувствительности // Нано- и микросистемная техника - 2006 - №7 - С.49-53.

120. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп с тремя осями чувствительности // Известия ТРТУ. - Таганрог: Издательство ТРТУ, 2006, №9,-С. 131-135.

121. B.G.Konoplev, I.E.Lysenko. 3D micromachined gyroscope // Proceeding of the International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2003" (ICMNE-

2003).- Moscow-Zvenigorod, Russia, 2003 -р.ОЗ-76.

122. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Многоосевые микромеханические компоненты для автономных навигационных систем // Труды VI Российской НТК «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии»,- СПб: ГНИНГИ Минобороны РФ, 2007,- С.144-148.

123. И.Е.Лысенко. Многоосевые микромеханические сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений // Материалы V Международной НТК «Молодые ученые - 2008»,- М.: МИРЭА, 2008.- Ч.1.- С. 183-186.

124. И.Е.Лысенко. Моделирование интегрального многоосевого микромеханического гироскопа // Материалы Международной НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2006).- М.: МИРЭА, 2006,-Ч.2.-С.213-217.

125. И.Е.Лысенко, А.Г.Клименко, С.А.Марков. Моделирование интегрального микромеханического гироскопа // Труды VII Всероссийской НТК «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (КРЭС-2004).- Таганрог: ТРТУ, 2004,- С.270-271.

126. И.Е.Лысенко. Моделирование трехосевого микромеханического гироскопа // Материалы VII Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы»,- Ульяновск: УлГУ, 2005.- С.207.

127. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Исследование динамических характеристик трехосевого микромеханического гироскопа // Материалы V Международной НТК «Электроника и информатика - 2005».- Ч.1.- М.: МИЭТ, 2005 - С.73-74.

128. Б.Г. Коноплев, И.Е.Лысенко, Н.К. Дудин. Программа моделирования динамических характеристик микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с тремя осями чувствительности. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2012614001, 2012г.

129. B.G.Konoplev, I.E.Lysenko. Analysis of microelectromechanical gyroscope technological faults // Proceeding of the International Conférence "Micro- and

nanoelectronics - 2005" (ICMNE-2005).- Moscow-Zvenigorod, Russia, 2005-p.Ol-11.

130. И.Е.Лысенко. Влияние температурных и технологических погрешностей на динамику трехосевого микромеханического гироскопа // Гироскопия и навигация.- 2006.- №2(53).- С.91-92.

131. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Моделирование динамических характеристик интегрального микромеханического гироскопа с учетом температуры // Материалы IX Международной НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (ПЭМ-2004).- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2004.-С.193-196.

132. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Исследование температурных и технологических погрешностей микромеханического гироскопа // Материалы V Международной НТК «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии».- Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2005-С.231-233.

133. И.Е.Лысенко. Влияние температурных и технологических погрешностей на динамику трехосевого микромеханического гироскопа // Труды VIII НТК «Навигация и управление движением».- СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2006 - С. 101-106.

134. A.Both, W.Bacher, M.Heckele, K.-D.Muller, R.Ruprecht, M.Strohrmann Fabrication of LIGA-acceleration sensors by aligned molding // Microsystem Technologies.- 1996,-№2,-pp. 104-108.

135. Разработка конструкций и методов проектирования многоосевых микро- и наномеханических компонентов навигационных систем, изготавливаемых по LIGA-технологии с применением синхротронного излучения [Текст]: отчет о НИР (промежут.): шифр 2007-3-1.3-11-03-005. ТТИ Южного федерального университета; рук. Коноплев Б.Г.; исполн.: Лысенко И.Е. [и др.].- Библиограф.: с.57-58,- № ГР 01200712383,- Инв. №02200800609.

136. И.Е.Лысенко. Интегральное микромеханическое зеркало. Патент РФ на

изобретение №2265871, 2005г.

137. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральное микромеханическое зеркало. Патент РФ на изобретение №2277255, 2006г.

138. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Моделирование микрозеркала с электростатической активацией // Микросистемная техника.- 2002.-№12 - С.22-25.

139. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Микрозеркало с электростатической активацией // Известия вузов. Электроника - 2002 - №4 - С.66-70.

140. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. 20 микрозеркало с электростатической активацией // Известия ТРТУ- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2004, №1(36).- С. 121-122.

141. И.Е.Лысенко. Методика моделирования элементов МОЭМС с использованием программы АЫ8У8 // Известия ТРТУ- Таганрог: Издательство ТРТУ, 2004, №8,- С. 122-123/

142. И.Е.Лысенко, А.С.Переверзева. Моделирование микромеханического зеркала // Материалы Международной НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (ШТЕЯМАПС - 2006).- М.: МИРЭА, 2006.- Ч.З.- С.244-246.

143. И.Е.Лысенко, А.С.Переверзева. Моделирование интегрального микрозеркала // Материалы X Международной научно НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (ПЭМ-06).-Таганрог: ТРТУ, 2006.- Ч.1.- 254-256.

144. И.Е.Лысенко, А.С.Переверзева. Микромеханическое зеркало для лабораторий-на-кристалле // Материалы VI Международной НТК «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии».- Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2006,- С.312-314.

145.И.Е.Лысенко. Моделирование интегрированного внутреннего упругого подвеса микромеханического устройства // Инженерный вестник Дона, 2010 - №3- С. 13-17.

146.И.Е.Лысенко, А.М.Россихин. Микро- и наномеханические зеркала для лабораторий-на-кристалле // Известия ЮФУ. Технические науки .Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009,- №10,- С.248-249.

147.И.Е.Лысенко. Моделирование микромеханического зеркала в программе А^УБ // Известия ТРТУ. - Таганрог: Издательство ТРТУ, 2005, №9.-С.122-123.

148.И.Е.Лысенко. Моделирование интегрального микромеханического зеркала // Материалы Международной НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (ЮТЕ1ШАТ1С - 2007).- М.: МИРЭА, 2007.- Ч.2.- С.78-81.

149.И.Е.Лысенко. Двухосевое микромеханическое зеркало // Материалы VII Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».- Ульяновск: УлГУ, 2005 - С.208.

150.И.Е. Лысенко. Моделирование устройства управления интегральным микрозеркалом // Материалы IX Всероссийской НТК «Микроэлектроника и информатика - 2002»,- Москва: МИЭТ, 2002,- С.71.

151.Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. 8рюе-модель интегрального микромеханического гироскопа // Материалы II Всероссийской научно НТК «Электроника». - М.: МИЭТ,- 2003.-С. 135-136

152. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Устройство обработки сигналов с емкостных преобразователей микромеханических сенсоров угловых скоростей // Известия ЮФУ. Технические науки - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011- №4 - С. 185-192.

153. И.Е.Лысенко, Е.А.Рындин, Н.К.Дудин. Устройства обработки сигналов емкостных преобразователей микромеханических компонентов // Нано- и микросистемная техника - 2012 - №7 - С.48-51

154. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Программа численного физико-топологического моделирования транзисторных гетероструктур. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011618766, 2011г.

155. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Программа численного физико-топологического моделирования диодных гетероструктур. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011618764, 2011г.

156. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рындин, И.Е.Лысенко. Программа численного физико-топологического моделирования функционально-интегрированных гетероструктур. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011618763, 2011г.

157. Алферов Ж.И., Асеев А.Л. и др. Наноматериалы и нанотехнологии // Микросистемная техника - 2003 - №8 - С.3-13.

158. Y.J. Liu, X.L.Chen Continuum Models of Carbon Nanotube-Based Composites Using the Boundary Element Method // Electronic Journal of Boundary Elements.-2003.-№2.-Vol. 1,-p. 316-335.

159. И.Е.Лысенко, Э.В.Дронова. Методика построения молекулярно-динамических моделей однослойных хиральных углеродных нанотрубок // Материалы X Международной НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (ПЭМ-06).- Таганрог: ТРТУ, 2006,- Ч.1.- С.243-245.

160. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Э.В.Дронова. Методика построения геометрических моделей хиральных углеродных нанотрубок // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы, 2006,- №4(28).- С.55-57.

161. И.Е.Лысенко, Э.В.Дронова. Разработка геометрических моделей хиральных углеродных нанотрубок // Материалы IV Международной НТК «Молодые ученые — науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Молодые ученые - 2006).- М.: МИРЭА, 2006.- Ч.2.- С.110-112.

162. И.Е.Лысенко, Э.В.Дронова. Методика построения геометрической модели углеродной нанотрубки // Материалы VIII Всероссийской НТК «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления»

(КРЭС-06).- Таганрог: ТРТУ, 2006,-С.274-275.

163. JCrystalSoft. URL: http://www.jcrystal com.

164. Б.Г.Коноплев, Е.А.Рынднн, И.Е.Лысенко. Основы моделирования и проектирования элементной базы наноэлектроники, микро- и наносистемной техники - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009 - 96 с.

165. И.Е.Лысенко. Метод проектирования двухосевых микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений RR-типа // Известия ЮФУ. Технические науки - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011- №4-С.234-236.

166. И.Е.Лысенко. Методика проектирования микромеханических компонентов на основе библиотеки унифицированных микрофрагментов // Труды X Международной НТК «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы».- Ульяновск- УлГУ, 2008 - С. 103.

167. И.Е.Лысенко, Д.П.Журавлев. Методика проектирования микромеханических гироскопов-акселерометров на основе библиотеки микрофрагментов // Материалы VII Международной НТК «INTERMATIC - 2008»,-М.: МИРЭА, 2008,-4.1.- С.313-315.

168. И.Е.Лысенко. Маршрут проектирование элементов МОЭМС в САПР Tanner Pro на основе унифицированной библиотеки микрофрагментов // Материалы IV Всероссийской НТК «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения». - Таганрог: Издательство ТРТУ, 2001. -С. 64-65.

169. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Проектирование интегрального микрозеркала с электростатической активацией // Материалы VIII Международной НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (ПЭМ-2002).- Таганрог. Издательство ТРТУ, 2002,- Ч.2.- С 167-170.

170. G. Не and К. Najafi «A single-crystal silicon vibrating ring gyroscope» // Proc. Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems.- 2002,- pp. 718-21.

171. H. Luo, X. Zhu, H. Lakdawala, L. R. Carley, and G. K. Fedder «A copper CMOSMEMS Z-axis gyroscope» // Technical Digest Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems.- 2002.-pp. 631-634.

172. Small, Low Power, 3-Axis ±3 g i MEMS® Accelerometer ADXL330. Официальный сайт компании Analog Devices. URL: http://www.analog.com.

173. Configurable, High g, iMEMS Accelerometer ADXL180. Официальный сайт компании Analog Devices. URL: http://www.analog.com.

174. Vibration Rejecting ±250% Yaw Rate Gyroscope ADXRS642. Официальный сайт компании Analog Devices. URL: http://www.analog.com.

175. High Stability, Low Noise Vibration Rejecting Yaw Rate Gyroscope ADXRS646. Официальный сайт компании Analog Devices. URL: http://www.analog.com.

176. W.Piyawattanametha, L.Fan, S.S.Lee, J.G.D.Su, M.C.Wu. MEMS Technology for Optical Crosslink for Micro/Nano Satellites // Proceedings of International Solid State Sensors and Actuators Conference (Transducers'98).- 1998-p. 1-7.

177. V.Milanovic, G.A.Matus, T.Cheng, B.Cagdaser. Monolithic high aspect ratio two-axis optical scanners in SOI // 16 IEEE Int. Microelectromechanical Systems.- 2002,-p. 213-216.

178. W.J.Chang. Design and fabrication of a novel electrostatic micromirror with high speed and large rotation angle - University of Florida, 2005 - 60 p.

179. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр. Патент РФ на изобретение №2477863, 2013г.

180. И.Е.Лысенко. Интегральный микромеханический гироскоп. Патент РФ на изобретение №2293337, 2007г.

181. Б.Г.Коноплев, И.Е.Лысенко, Е.А.Рындин. Программа для моделирования микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений RR-типа. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2011618767, 2011г.

182. J.W.Weigold, K.Najafi, S.W.Pang. Design and fabrication of submicrtraieter^ single crystal Si accelerometer // Journal of microelectromechanical systems, vol. 10, № 4, 2001.- p. 518-524.

183. И.Е.Лысенко. Интегральные микромеханические зеркала- Изд-во LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG (Германия), 2013.- 93 с.

184. И.Е.Лысенко. Модель равновесия подвижных элементов микромеханических зеркал с внутренними подвесами // Инженерный вестник Дона, 2013.- №2.- С. 26-32.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

05201351.745

На правах рукописи

ЛЫСЕНКО Игорь Евгеньевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГООСЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ МИКРООПТИКОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах по техническим наукам

ПРИЛОЖЕНИЯ К ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени

доктора технических наук >

Научный консультант Коноплев Борис Георгиевич доктор технических наук, профессор

Таганрог - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Технологический маршрут изготовления интегрального микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений ЬЬ-типа с 1800-подвесом и двумя осями

чувствительности в рамках технологии поверхностной микрообработки..........3

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технологический маршрут изготовления микромеханических сенсоров ЬЬ-типа с наноразмерными элементами

в рамках технологии поверхностной микрообработки..........................................8

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Технологический маршрут изготовления экспериментальных образцов микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с тремя осями

чувствительности в рамках ЬЮА-технологии......................................................13

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт об изготовлении экспериментальных образцов, акт о проведении испытаний и протокол испытания экспериментальных образцов микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных

ускорений с тремя осями чувствительности.........................................................21

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Технологический маршрут изготовления интегрального микромеханического зеркала с интегрированным внутренним подвесом в рамках технологии поверхностной

микрообработки........................................................................................................25

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Устройства обработки сигналов

микро- и наномеханических компонентов............................................................30

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Библиотека параметризуемых геометрических 1 и конечно-элементных моделей микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений, микромеханических зеркал, и параметризуемых геометрических примитивов для автоматизированного

синтеза их топологии...............................................................................................37

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Документы о внедрении и использовании

результатов работы..................................................................................................69