Oscylator pierścieniowy CMOS jako układ detekcji odkształcenia nanoczułych mikrosond krzemowych

• Autorzy: Dumania P. , Łysko J. , Kłos H. , Grodner M. , Skwarka K. , Szmigiel D.

Warianty tytułu

EN

CMOS ring oscillator for nanodetection of silicon microcantilevers deflection

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaprezentowano nanoczułe mikrosondy krzemowe do pomiaru wielkości mechanicznych, w których do detekcji odkształcenia wykorzystano oscylatory pierścieniowe CMOS, zintegrowane z mikrobelką krzemową. Efekt piezorezystywności powoduje, iż odkształcenie belki zmienia parametry tranzystorów MOS, co z kolei wpływa na częstotliwość rezonansową oscylatora pierścieniowego. Zintegrowane mikrosondy wykonano w technologii CMOS 3,5 µm z bramką polikrzemową i jednym poziomem metalizacji. W części mikromechanicznej posłużono się techniką reliefu do uformowania bardzo cienkich belek o grubości 3...4 µm. Osiągnięto czułość 5...8 Hz/nm przy początkowej częstotliwości rezonansowej oscylatora ~10,8 MHz.

EN

Silicon microprobes for nanosensitive mechanical measurements are presented. They consist of the silicon microbeams, which are integrated with the CMOS ring oscillators. Piezoresistivity phenomenon is responsible for the MOS transistor parameter changes under mechanical stress. In consequence, the ring oscillator consisting of stressed MOS transistors gives resonant frequency shift. Integrated microprobes were fabricated with use of standard 3.5 µm CMOS technology, with one polysilicon layer and one metal level. Micromechanical part of technology was based on the relief technique, enabling 3.. .4 µm thick beams formation. With initial (no stress) resonant frequency about 10.8 MHz of the ring oscillator, beam deflection sensitivity 5...8 Hz/nm was obtained.

Słowa kluczowe

PL

krzem; belka; oscylator pierścieniowy; sensor

EN

silicon; beam; ring oscillator; mechanical sensor

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 49, nr 6
• Strony: 214--216
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dumania P.

autor

Łysko J.

autor

Kłos H.

autor

Grodner M.

autor

Skwarka K.

autor

Szmigiel D.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Linnemann R., Gotszalk T., Rangelow I.W., Dumania P., Oesterschultze E.: Atomic force microscopy and lateral force microscopy using piezoresistive cantilevers. J. Vac. Sci. Technol., vol. B 14(2), 1996, pp. 856-860.
• [2] Thaysen J., Boisen A., Hansen O., Bouwstra S.: Atomic force microscopy probe with piezoresistive read-out and a highly symmetrical Wheatstone bridge arrangement. Sensors and Actuators, vol. A 83, 2000, pp. 47-53.
• [3] Canali C., Ferla G., Morten B., Taronif A.: Piezoresistivity effects in MOS-FET useful for pressure transducers. J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 12, 1979, pp. 1973-1983.
• [4] Dumania P.: Nanoczuły układ CMOS detekcji odkształceń mikrobelki krzemowej. Materiały Konferencyjne IX Konferencja Naukowa COE, 2006, ss. 449-452.
• [5] Shekhawat G., Tark S.-H., Dravid V.P.: MOSFET-embedded microcantilevers for measuring deflection in biomolecular sensors. Science, vol. 311, 2006, pp. 1592-1595.