11. Žlebovi kao elementi mikromehatr mikromehatronike onike Kombinacijom anizotropnih procesa mokrog nagrizanja sa izotropnim ili anizotropnim postupcima suvog nagrizanja ili postupcima mokrog nagrizanja potpomognutog fotonima mogu se izraditi znatno kompleksnije ko mpleksnije i raznolikije strukture. Kombinovanjem različitih postupaka mogu se sredstvu za nagrizanje učiniti dostupnim i one granične površine do kojih se ne može dosegnuti samo anizotropnim nagrizanjem.
Nagibni ugao graničnih (111)-ravni (111)-ravni nagrizanja u odnosu na površinu ploče (100)-orijentacije o iznosi 54,4 ! "brazuje se #-$leb sa uglo% otvora od 0,5&o! "dnos širine otvora $leba b i njegove dubine h de'inisan je relacijo% b *2 h +od ploča ploča (110)(110)-ori orijent jentaci acije je & pra%ena pra%ena granični graničnihh (111 (111)-ra )-ravni vni nagriz nagrizanj anjaa upravna upravna su na o površinu ploče i grade ugao od 10,4 ! .ubina $leba %o$e se u ovo% slučaju ograničiti sa%o dodatno% ugradnjo% slojeva /oji ograničavaju proces nagrizanja u verti/alno% pravcu! .ruga dva pra%ena graničnih (111)-ravni (111)-ravni nagrizanja grade sa površino% ploče ugao od 5,&o ta/o da se podesni% postavljanje% po stavljanje% %as/e %ogu i na ploča%a (110)-orijentacije 'or%irati $lebovi #-obli/a #-obli/a sa o uglo% otvora od 10,4 !
12. Udubljenja i ispupčenja kao elementi mikromehanike
2očne zidove nagrizenog udubljenja obrazuju 4 granične (111)-ravni nagrizanja, nagnute pod uglo% od 54,4o u odnosu na površinu ploče (100)-orijentacije! .vostru/a si%etrija polo$aja (111)ravni /od ploča (100)-orijentacije uslovljava da se nagrizanje% obrazuju udubljenja pira%idalnog obli/a! 3/oli/o su udubljenja pravougaone geo%etrije, dubina udubljenja odreena je du$ino% /rae ivice! +onve/sni rogljevi su /ristalogra's/i nede'inisani i %o$e se zapaziti da je brzina nagrizanja u to% pravcu vrlo veli/a! +ara/teristična osobina 506 +"7-rastvora, /ao sredstva za nagrizanje, da je proces nagrizanja ograničen upravni% (100)-ravni%a), %o$e se /oristiti za 'or%iranje ispupčenja sa upravni% bočni% zidovi%a! Nepovoljnost je što je bočna brzina nagrizanja jedna/a verti/alnoj ta/o da se stru/tura %enja sa dubino% nagrizanja! Ne/e od bočnih ravni su u ovo% slučaju upravne, a druge nagnute pod oštri% uglo% u odnosu na površinu ploče! 8nalogni% postup/o% 'or%iraju se i ispupčenja /od /ojih ta/oe treba rešiti proble% nagrizanja u o/olini /onve/snih rogljeva odgovarajui% /o%penzacioni% %era%a!
13. Membrane kao elementi mikromehatronike
+ao polazni %aterijal za izradu tan/ih 9i-%e%brana /oriste se nis/o dopirane 9i-ploče (:101c%-) n- ili p-tipa! Na ploča%a (100)-orijentacije %ogu se izraivati prvenstveno pravougaone %e%brane, a na ploča%a (110)-orijentacije šestougaone! ;ahtevana debljina ovih %e%brana posti$e se sa%o 'or%iranje% pouzdanih slojeva /oji ograničavaju proces nagrizanja u verti/alno% pravcu! ;a ovo je pogodan postupa/ dopiranja boro%, ali i ele/trohe%ijs/i postupa/ ograničavanja nagrizanja na pn-prelazi%a! +od ele/trohe%ijs/og postup/a se %aterijal %e%brane %ora dopirati suprotno od %aterijala osnove!
ntgen-s/i% zraci%a! 9i-%e%brane relativno veli/e površine (debljine cca! & ?%), /oje /ara/teriše viso/o dopiranje boro% i @e-/o%penzacija napona!
14. Jezičci kao elementi mikromehanike
+onzolno obli/ovani jezičci se /oriste /ao %ehanič/i a/tivni ele%enti davača ubrzanja, oscilacija i vibracija!
1. Mostovi kao elementi mikromehanike
.vostrano oslonjeni %ostovi %ogu se ponovljivo izraivati sa%o na ploča%a (110)-orijentacije /oje /ara/teriše veli/a brzina podgrizanja u pravci%a upravni% na (111)-pravce! Avice oslonaca %osta treba postaviti paralelno (111)-zidovi%a /oji %ogu biti upravni ili nagnuti pod uglo% od 5,o u odnosu na površinu ploče! "dnos širine pre%a du$ini %osta (bCl) je u oba slučaja ograničen oni% drugi% granični% (111)-ravni%a nagrizanja!
1!. "trukture slo#eno$ tipa
Nagrizanje% najpre zadnje, a zati% prednje strane ploče %ogu se izraditi i stru/turni ele%enti znatno slo$enijeg obli/a! Do/ izrade ova/vih ele%enata %o$e se sa$eti u dve operacije izrada %e%brane nagrizanje% zadnje strane ploče, stru/turiranje %e%brane sa prednje strane postupci%a %o/rog ili suvog nagrizanja! Azotropne postup/e %o/rog nagrizanja /ara/teriše %anja tačnost izrade, ali ne%a ograničenja vezanih za /ristalogra's/e uslove ta/o da se %ogu izraivati ele%enti bilo /a/vog obli/a! Ni postupci anizotropnog suvog nagrizanja nisu vezani za odreene /ristalogra's/e ravni ta/o da se %ogu realizovati bilo /a/vi oblici!
1%. "enzori pritiska Brzi razvoj mikroelektronike omogućio je da se kao merni i regulacioni sistemi u sve većoj meri koriste digitalni sistemi. Senzori sa analognim izlaznim električnim signalom napon! struja" ne mogu se neposredno integrisati u digitalne sisteme već je neophodno najpre njihov analogni signal transformisati u digitalni. #ored senzora sa analogno$digitalnim pretvaračem! važnu ulogu igraju i senzori s frekvencnim izlazom.
Drans'or%acija ugiba %e%brane u odgovarajuu ele/tričnu veličinu %o$e se realizovati npr! integrisani% %ono/ristalni% ili diele/trično izolovani% poli/ristalni% piezootpornici%a! "d postupa/a za trans'or%aciju ele/tričnih signala u %ehanič/e veličine ili obrnuto, /oji se /oriste u %i/ro%ehanici E piezootporni efekt! Fle/trični otpor zavisi od geo%etrijs/ih di%enzija i speci'ičnog otpora %aterijala! .ejstvo %ehanič/og naprezanja izaziva de'or%acije, a posledica iz%enjene geo%etrije je pro%ena ele/tričnog otpora! Bri to%e se %enja i speci'ični ele/trični otpor što se označava /ao piezootporni e'e/at! +od %etala vei uticaj i%a pro%ena obli/a, /od veine poluprovodni/a pro%enu otpora odreuje piezootporni e'e/at! #iezootporni senzori pritiska su za %erenje pritisa/a od 0!5 do 1000 bara! Bri%ena u industrijs/i% trans%iteri%a pritis/a, u %edicins/oj instru%entaciji, u aerotuneli%a, %ogue je do 10!000 %erenja u se/undi! .i%enzionisanje %e%brane de'iniše radnu oblast senzora, /oja %o$e le$ati iz%eu 10 Ba i ne/oli/o stotina bara! 9enzoro% sa piezootporno% trans'or%acijo% signala, /od /oga su 4 otporni/a vezana u puni Gheatstone-ov %ost, posti$e se osetljivost od 10 - ?#C#r?Ba? (izlazni naponCradni napon pritisa/)! Bredvien je za pritisna optereenja do o/o 1 bara! Kapacitivnom trans'or%acijo% signala posti$u se znatno vee osetljivosti, /od senzora cca! 56 ?pro%ena /apacitetaCbar?! .alje poveanje osetljivosti ograničeno je %ini%alni%, tehnološ/i ostvarljivi% rastojanje% iz%eu ele/troda! ;avisnost ugiba %e%brane od pritis/a je pribli$no linearna! +apacitet je obrnuto proporcionalan rastojanju ele/troda, pa je zavisnost od pritis/a obrnuto proporcionalna! +od ovog senzora se nepo%ična protivele/troda nalazi na sta/leno% supstratu /oji je anodni% bondiranje% spojen sa 9i-čipo%! De/ na/on spajanja ovih dveju ploča, /oje su procesirane nezavisno jedna od druge, dobija se 'un/cionalno osposobljeni ugradni ele%ent! 9enzori sa /apacitivno% trans'or%acijo% signala su %anje osetljivi na %ehanič/e napone uzro/ovane %onta$o% i zaštito% /uište%! ;natno %anji nego /od piezootpornih senzora su i te%peraturni e'e/ti /oji su posledica toplotne dilatacije i te%peraturne zavisnosti /onstanti elastičnosti! Dipične vrednosti /apacitivnosti le$e u pH-oblasti ta/o da je po$eljna predobrada signala na sa%o% čipu senzora! Senzor zvučnog pritis/a i%aju osetljivost o/o 0,& ?%#CBa?! ;a dire/tno, %ehanič/o razlaganje 're/ventnog spe/tra na osnovne har%onijs/e oscilacije %o$e se /oristiti a/ustični analizator spe/tra! "scilacije se %ogu pobuditi i dete/tovati preiodični% dovoenje% ter%ič/e energije, ele/trostatič/i, %agnetno ili optič/i! .e'or%acijo% (ugibo%) 9i-%e%brane %oduliše se intenzitet svetla (optič/i dete/tor po%eraja)! Na ovo% principu radi senzor za %erenje pritis/a u 939-%otori%a! .ovodni% optič/i% vla/no% pobuuje se 'luorescencija čija se a%plituda %enja po%eranje% specijalno pro'ilisane siliciju%s/e %e%brane, na /oju je naslonjeno dovodno optič/o vla/no!
1&. "enzori ubrzanja i vibracija
.va di'uzijo% 'or%irana otporni/a, jedan na površini jezič/a a drugi na o/viru (u zoni do /oje ne dopire uticaj savijanja jezič/a), vezani u polu%ost, trans'or%išu de'or%aciju jezič/a u ele/trični signal! +onta/t se realizuje pre/o viso/o dopiranih slojeva 9i po obodu! 9pojevi spoljašnjih ploča, od sta/la, sa 9io/viro% realizovani su anodni% bondiranje%! 9enzor ubrzanja sa 4 %ono/ristalna piezootporni/a, 'or%irana i%plantacijo% jona i vezana u puni %ost, /oji de'or%aciju /onzole trans'or%išu u ele/trični signal /orišenje% longitudinalnog i transverzalnog piezootpornog e'e/ta! ;bog veze 4 otporni/a u puni %ost, te%peraturni /oe'icijent otporni/a ne utiče na te%peraturnu stabilnost izlaznog signala! +onzola je izraena od slojeva različitog ter%ič/og /oe'icijenta širenja što pri pro%eni te%perature dovodi do savijanja /onzole! "vo savijanje se ne razli/uje od savijanja izazvanog ubrzanje%, ali se ova pojava %o$e %ini%izovati odgovarajui% /onstru/tivni% %era%a ili /o%penzacijo% parazitnog signala ele/trons/i% /oli%a! Senzor ubrzanja sa piezootpornom transformacijom signala%
Senzor vibracija sastoji
se od niza %ehanič/ih rezonatora (jeziča/a) različite, %eusobno podešene, sopstvene 're/vence! .ebljina 9i-jeziča/a iznosi ne/oli/o ?%! Boli/ristalni piezootpornici na oslonci%a jeziča/a trans'or%išu de'or%acije jeziča/a u odgovarajue ele/trične signale! 9uperponiranje% pojedinačnih rezonantnih /rivih svih rezonatora dobija se /ontinualni pri/az 're/ventne oblasti! Iirina rezonantnih /rivih je odreena prigušenje% rezonatora! Bri ne suviše veli/i% rezonantni% a%plituda%a %o$e se apro/si%ativno usvojiti da je sila prigušenja dire/tno proporcionalna brzini JlopaticeK! 9a poveanje% rezonantne a%plitude raste i značaj članova višeg reda (za vea ubrzanja je pri%etno odstupanje rezonantne a%plitude od linearne /ara/teristi/e)! "blasti pri%ene ovih senzora su u principu vezane za analizu vibracija ta/o da se /ao analizatori udarnih i%pulsa %ogu npr! /oristiti za nadzor rada %ašina i uočavanje de'e/ata u ranoj 'azi ili za /ontrolu broja obrtaja rotirajuih delova!
1'. "enzori sile
Boli/ristalne 9i-slojeve /ara/teriše prisustvo unutrašnjih napona! F/speri%entalno je ustanovljena dire/tna zavisnost veličine unutrašnjeg napona od do%inantne /ristalogra's/e orijentacije poli-9i-sloja! Najvei naponi se javljaju /od slojeva gde preovladava (110)-orijentacija zrna! 3nutrašnji naponi su posebno izra$eni /od slojeva %ale debljine! "ni %ogu izazvati vitoperenje stru/ture pa ih treba eli%inisati ili bar s%anjiti! Der%ič/i% od$arivanje% se intenzitet unutrašnjih napona %o$e svesti na znatno %anju %eru, a pri dovoljno dugo% tretiranju i potpuno eli%inisati! .o opadanja intenziteta unutrašnjih napona došlo bi i prirodni% pute%, ali da je za potpunu rela/saciju %aterijala potreban veo%a dug period vre%ena! Na /ara/teristi/e poli/ristalnog 9i-sloja %o$e se uticati i proceso% dopiranja! Nanošenje% poli9i-sloja u prisustvu odgovarajuih dopanata %o$e%o značajno s%anjiti unutrašnje napone! Bored proble%a vezanih za zaostale napone /oji unose ne$eljena naprezanja na istezanje ili pritisa/ u %i/rostru/turu, proble% su i %i/rode'e/ti /oji se /od slojeva debljine vee od 10 ?% %ogu ignorisati, ali ne i /od slojeva debljine 1 ?%, tipičnih za površins/u %i/ro%ehani/u! Bri proje/tovanju gusto pa/ovanih tan/ih slojeva treba voditi računa i o ta/vi% pojava%a /ao što su %i/rotrenje i površins/i naponi! Ne treba zaboraviti ni #an der Gaals-ove sile /oje %ogu da prouzro/uju ne$eljenu adheziju ili po%eranje %i/ročestica! +od %erenja sile potrebno je realizovati više ili %anje dire/tnu vezu senzors/og ele%enta sa o/olno% sredino%! "vo bitno utiče na rešenje /onstru/cije i njene %onta$e /oji%a se %ora sprečiti %ogunost eventualnog ošteenja senzora, npr! udaro%! Senzor sile sa piezootpornom transformacijom signala.
Azlazna /ara/teristi/a senzora je gotovo linearna za sile do 1N, napono% napajanja od 5# postignuta je osetljivost od o/o 5 L%#CNM uz 1,5 %# napona šu%a!
2(. "entori brzine strujanja i protoka
21. "enzori toplotno$ zra)ena
Bošto Her%i-eva energija u provodni/u zavisi od te%perature, %o$e se postaviti zavisnost iz%eu rezultujueg ele/tričnog polja i te%peraturnog gradijenta du$ provodni/a! #eza iz%eu te%peraturnog gradijenta i odgovarajue pro%ene Her%i-evog potencijala je različita za različite %aterijale, ta/o da se na dva /onta/ta na različiti% te%peratura%a %o$e registrovati napon! "va pojava, poznata /ao 9eebec/-e'e/at, predstavlja osnovu za tzv! ter%oele%ente! Bri realizovanju senzora toplotnog zračenja čiji se princip rada zasniva na 9eebec/-e'e/tu treba te$iti što je %ogue %anje% toplotno% /apacitetu nosee stru/ture! Bolometar s metalnim slojem
=ealizacija otporni/ bolo%etra naneti /ao tana/ sloj na vrlo tan/u 'oliju!
Nosea stru/tura je izvedena u obli/u 9i-jeziča/a (%% 440?% 10?%) s%eštenih u znatno deblje% 9i-o/viru! 9erijs/o% vezo% više ele%enata %ogu se postii relativno viso/e osetljivosti! "dgovarajui% nivoo% dopiranja dobijena je viso/a vrednost 9eebec/-/oe'icijenta (0, %#C+)! Az%erene su vrednosti od 4 ?# izlaznog napona po 1o razli/e u te%peraturi iz%eu izvora i ter%o/olona i vrednosti zračenja u vazduhu osetljivosti od 5?10 c%7z1C&G-1!
22. "enzori za analizu $asova
9i-pločica sa %e%brano% od 9i"& ili 9iN4, debljine ?1?%! Bostupa/ se zasniva na %erenju hlaenja %e%brane usled dodatnog odvoenja toplote o/olno% gasno% s%ešo%! Dipični pri%eri pri%ene ova/vih senzorQ toplotne provodnosti su %erenje pritis/a u grubo% va/uu%u i odreivanje /oncentracija u binarni% gasni% s%eša%a! &edo' reakcija
"/sidi %etala na površini poluprovodni/a su podesni /ao %aterijal za he%ijs/u rea/ciju sa čestica%a gasa! 3 ovo% /on/retno% slučaju, sva/i %ole/ul O" reaguje sa jedni% ato%o% " %etalnog o/sida! "va rea/cija je povezana s ele/trični% pra$njenje% površine /oja se %o$e ele/troni/o% dete/tovati!
23. Minijaturni kvarcni rezonatori kao senzori
"va stru/tura %o$e da slu$i za %erenje sila i drugih 'izič/ih veličina /oje se %ogu trans'or%isati u silu %o$e se %eriti pritisa/, viso/a osetljivost na pro%enu sile %o$e se is/oristiti i za %erenje te%perature!
Bri%ena /varcnih ele%enata za trans'or%aciju signala površins/i% a/ustični% talasi%a (9ur'ace 8coustic Gaves)! =eč je o ele/tro%ehanič/i% talasi%a /oji se prostiru du$ površine ne/og piezoele/tričnog supstrata! Dipična vrednost a%plitude je 1 n%, a brzina prostiranja talasa je reda veličine 000 %Cs! Hre/venca od ' 0 <7z - @7z u/azuje da talasna du$ina le$i u oblasti ?1-100?%!
