Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Евстафьев Сергей Сергеевич

• Евстафьев Сергей Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Евстафьев Сергей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Существующие виды МОЭМС

1.2 Электростатические актюаторы

1.3 Тепловые актюаторы

1.4 Применение тепловых микроактюаторов

1.5 Моделирование тепловых микроактюаторов на основе линейного расширения

1.6 Моделирование тепловых актюаторов на основе многослойных балок

1.7 Выводы по главе

1.8 Постановка задач диссертационной работы

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО МИКРОАКТЮАТОРА

2.1 Разработка общей конструкции теплового микроактюатора на основе биморфной структуры

2.2 Модель расчета стрелы прогиба биморфной балки в зависимости от температуры

2.3 Модель распределения перегрева по длине балки микроактюатора

2.4 Расчет динамических характеристик теплового микроактюатора

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕПЛОВЫХ МИКРОАКТЮАТОРОВ И МИКРОЗЕРКАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

3.1 Разработка базовой конструкции теплового микроактюатора

3.2 Разработка конструкции микрозеркального элемента на основе предложенного теплового микроактюатора

3.3 Разработка технологического маршрута изготовления теплового микроактюатора и микрозеркального элемента

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕПЛОВЫХ МИКРОЗЕРКАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1 Исследование исходной стрелы прогиба ТМА в условиях отсутствия внешнего воздействия

4.2 Исследование распределения температуры по длине тепловыделяющей балки ТМА

4.2.1 Исследование зависимости электрического сопротивления ТМА от температуры в условиях отсутствия внешнего воздействия

4.2.2 Исследование изменения электрического сопротивления ТМА в зависимости от управляющего воздействия

4.3 Расчет и исследование времени нагрева и охлаждения активных

элементов ТМА

Выводы по Главе

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТМА

5.1 Анализ и оценка погрешностей проведенных измерений

5.2 Алгоритм проектирования ТМА

Выводы по Главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

МСТ - микросистемная техника

МЭМС - микроэлектромеханическая система

МОЭМС - микрооптоэлектромеханическая система

ТМА - Тепловой микроактюатор

КД - Конструкторская документация

ТД - Технологическая документация

DLP - Digital Light Processor

SLM - Spatial Light Modulators

МКЭ - метод конечных элементов

ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширения КМОП - комплементарный металлооксидный полупроводник АЖХТ - анизотропное жидкостное химическое травление ПХТ - плазмохимическое травление

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ

Физическая величина

Радиус искривления биморфной балки ТМА Стрела прогиба

Температура окружающей среды Текущая температура ТМА Температурный коэффициент линейного расширения первого и второго слоев биморфной балки

Изгибающие моменты сил для первого и второго слоев

Растягивающая сила первого слоя и сжимающая сила второго слоя Толщины первого и второго слоев биморфной балки

Модули Юнга первого и второго слоев биморфной балки

Момент инерции поперечного сечения балки Площадь поперечного сечения Направление по нормали к плоскости балки Ширина первого и второго слоя биморфной балки

Изгибающая деформация Кривизна балки

Длина балки теплового микроактюатора Перемещение свободного конца балки актюатора

Температура перегрева ТМА относительно температуры окружающей среды при внешнем воздействии

Мощность тепловых потерь Производительность внутренних источников тепловыделения Электрическое напряжение Электрическое сопротивление Длины I, II и III участков ТМА

Параметр, учитывающий условия

Обозначение

Р

А

к г

п У

мх м

Р, р2 $1, $2 Е1, Е2

1

Г

2

Ъь Ь2

в I

ь к

3

б и

Я

III, т

2

Единица измерения м м К К К-1

Нм

Н

м

Па

2

кгм

м2

м м

м м м

чп

К

Вт Вт/м3

В

Ом м

м-1

I

теплообмена, геометрические и теплофизические характеристики ТМА

Коэффициент теплоотдачи а Вт/м2 К

Коэффициент теплопроводности 1 Вт/м К

Периметр балки ТМА П м

Число Нуссельта №

Число Грасгофа Gr

Число Прандтля Pr

Ускорение свободного падения g м/с2

Коэффициент объемного расширения к 1/К

Коэффициент кинематической вязкости V м2/с

Коэффициент температуропроводности a м2/с

Характерный размер ¿э м

Мощность, выделяемая нагревателем Вт

Время нагрева ТМА тнаг с

Время охлаждения ТМА тохл с

Максимальная частота работы Фтах Гц

Постоянный коэффициент в выражении для А

температуры перегрева для бесконечной

пластины

Постоянная, значение которой определяется из V

граничных условий и геометрических

параметров пластины

Темп охлаждения Л 1/с

Удельная теплоемкость с Дж/(кгК

Объем V м3

Плотность вещества Р кг/м3

Площадь поверхности тела S м2

Полная теплоемкость тела С Дж/К

Коэффициент неравномерности распределения £

температуры в теле

Число Био Bi

Угол поворота столика микроскопа ю градусы

Измеряемое микроскопом длина Y мкм

Удельное электрическое сопротивление °наг Омм

нагревательного элемента К-1

Температурный коэффициент электрического X

сопротивления

Электрический ток I А

Электрическая ёмкость Сэ Ф

Площадь поверхности теплообмена ^О м2

Ускорение свободного падения g м/с

Масса G кг

Общая суммарная погрешность фъ

Приборная погрешность Фприб

Методическая погрешность фметод

Случайная погрешность фслуч

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов»

ВВЕДЕНИЕ

Современное высокотехнологическое производство немыслимо без широкого использования устройств микросистемной техники (МСТ), к числу которых могут быть отнесены, в частности, интеллектуальные системы сбора, обработки и отображения информации. К существенным преимуществам технологических приемов МСТ следует отнести возможность интегрального исполнения устройств различного назначения. Сегодня на рынке микроэлектромеханических систем (МЭМС) такими компаниями как Texas Instruments, Hewlett Packard, General Electric, Honeywell Corporate, Robert Bosch, Sensonor Technologies, Freescale Semiconductors, NXP Semiconductors и др. представлено более 40 видов МЭМС-устройств. Рынок начал формироваться в 70-е годы с освоением массового производства первых интегральных электромеханических приборов - датчиков давления. Эти приборы, изготовленные методами объемной микрообработки, проложили дорогу групповой технологии формирования тонкопленочных мембранных структур с высоким выходом годных и низкой стоимостью, которая также с успехом применялась в производстве различных преобразователей для автомобильных систем. В начале 80-х годов появились первые образцы МЭМС расходомеров и акселерометров. В конце десятилетия была предложена технология поверхностной микромеханической обработки. Первые изделия, изготовленные по этой технологии, также были предназначены для автомобильных устройств (акселерометры для подушек безопасности и адаптивные системы подвески). Тогда же началась разработка микроактюаторов. В 90-е годы появились разработки МЭМС гироскопов, микрозондов, растровых "микромикроскопов", микровентилей, головок струйных принтеров, элементов проекционных дисплеев, торсионных зеркал, газовых хроматографических систем, устройств считывания

накопителей большой емкости. Современные МЭМС, выполненные наподобие интегральных схем (ИС), представляют собой сформированные на единой подложке датчики, актюаторы, схемы управления с размерами элементов от нескольких сотен до нескольких единиц микрон. Но в отличие от микросхем, МЭМС, как правило, имеют трехмерную структуру. Для их изготовления используют технологические операции, полностью или частично позаимствованные у микроэлектроники: окисление, фотолитографию, травление, легирование, металлизацию, создание контактов, резку и т.п. Разработаны и специальные технологические операции, например химическое анизотропное травление (как правило, сухое), позволяющее формировать структуры в гальванически выращенных толстых металлических слоях. Освоены процессы селективного травления в зависимости от концентрации примеси, метод анодной сварки или плавления для соединения пластин кремния.

Среди производителей МЭМС-устройств наиболее крупными являются компании Bosch, Texas Instrument, STMicroelectronics, а годовой оборот МЭМС-продукции превышает 10 миллиардов долларов США (по данным Technology IHS MEMS Market Tracker за 2015 год).

Добавление в микроэлектромеханические системы оптических элементов, например микрозеркал, значительно расширяет функциональные возможности устройств МСТ, так как позволяет управлять еще и оптическими сигналами. Такие системы, хотя и не относятся к отдельному классу МЭМС, носят название микрооптоэлектромеханических систем (МОЭМС). МОЭМС находят свое применение в системах отображения информации (дисплеи и проекционные системы), системах оптической связи (как модуляторы и демодуляторы), системах адаптивной оптики, освещения и т.п. Отдельного упоминания заслуживает повышенный интерес к МОЭМС Министерства Обороны США и НАТО.

Основные практические достижения в области разработки и изготовления МОЭМС принадлежат американской фирме Texas Intruments (фирменная технология производства микрозеркальных матриц Digital Light Processor (DLP)), а также немецкому университету Fraunhofer IPMS (технология Spatial Light Modulator). Объем отечественных разработок в данной области значительно уступает зарубежным. Несколько лет подряд исследования в области компонентов и технологии МОЭМС проводятся в Таганрогском государственном радиотехническом университете. Определенные наработки в области МОЭМС, в частности кремниевых микрозеркал имеются у предприятий НИИМЭ и Микрон, а также МИЭТ. Однако данные разработки по большей части не выходят далее лабораторных и опытных образцов, а также теоретических расчетов и конечно-элементного моделирования.

Ключевой особенностью как МЭМС, так и МОЭМС является возможность совмещения в едином устройстве механических и электронных компонентов, имеющих малые размеры. Важную роль в конструкции МЭМС и МОЭМС будет играть механизм, обеспечивающий возможность осуществления механического перемещения при воздействии управляющего сигнала. Данный механизм называется микроактюатором. Однако при создании таких микроактюаторов разработчики сталкиваются с проблемами нового характера, не характерными для классической области механики, в частности с необходимостью расчета и проектирования механических элементов сверхмалых размеров. Особенно это характерно, в частности, для тепловых микроактюаторов, которые используют принцип теплового расширения материалов для совершения полезной работы. В настоящее время для их расчета и проектирования не существует единой методики, а существующие разработки полагаются, в основном, на численное моделирование и методы аналогии. В связи с чем важным является исследование обобщенных зависимостей в эксплуатационных характеристиках тепловых микромеханических

актюаторов и создание на их основе методики расчета и проектирования таких микроактюаторов.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов для проектирования микроэлектромеханических систем.

Поставленная цель определяет следующие задачи:

- выполнить анализ существующих тепловых микроактюаторов;

- разработать математические модели и методику расчета статических и динамических характеристик теплового микроактюатора;

- разработать конструкцию теплового микроактюатора, а также конструкцию микрозеркального элемента и матриц микрозеркальных элементов на его основе;

- разработать технологический маршрут изготовления тепловых микроактюаторов, микрозеркальных элементов и матриц микрозеркальных элементов;

- разработать методы проведения исследований и испытаний эксплуатационных характеристик теплового микроактюатора;

- предложить алгоритм создания тепловых микроактюаторов, включающий в себя расчет, проектирование и изготовление тепловых микроактюаторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена математическая модель и методика расчета распределения температуры по длине теплового микроактюатора сложной геометрии;

2. Предложена математическая модель и методика расчета, позволяющие определить статические характеристики теплового микроактюатора;

3. Предложена математическая модель и методика расчета, позволяющие определить динамические характеристики теплового микроактюатора.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана конструкция микрозеркального элемента на основе теплового микроактюатора;

2. Предложена модификация технологического маршрута изготовления интегральных схем, позволяющая изготавливать микрозеркальные элементы на основе тепловых микроактюаторов;

3. Предложены методики и технические средства измерений эксплуатационных характеристик тепловых микроактюаторов;

4. Предложен алгоритм проектирования тепловых многослойных микроактюаторов;

5. Разработаны комплекты КД и ТД для промышленной технологии изготовления двумерных управляемых матриц микрозеркал;

6. Изготовлены опытные образцы матриц микрозеркальных элементов с размерами элементов 50х50 мкм, 100х100 мкм и 200х200 мкм и различным количеством микрозеркальных элементов;

7. Обновлены рабочие программы дисциплин «Теория и практика инженерного эксперимента», «Технологии изготовления изделий микросистемной техники на базе инновационных разработок» и «Materials for electronics».

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы востребованы и используются:

- в совместной работе МИЭТ и АО «ЗНТЦ» г. Зеленоград;

- в учебном процессе МИЭТ в читаемых на факультете ИТС на кафедре «Микроэлектроника» курсах «Теория и практика инженерного эксперимента», «Технологии изготовления изделий микросистемной техники на базе инновационных разработок» и «Materials for electronics».

Результаты диссертационной работы были использованы в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» при выполнении

прикладных научных исследований по Соглашениям №14.575.21.0069, уникальный идентификатор соглашения КТ,МЕЕ!57514Х0069, №14.575.21.0044, уникальный идентификатор RFMEFI57514X0044, №14.575.21.0089 уникальный идентификатор RFMEFI57514X0089 и №14.575.21.0096, уникальный идентификатор RFMEFI57514X0096, выполняемых при поддержке Минобрнауки России.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается актами внедрения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель и методика расчета локального изменения температуры теплового микроактюатора, учитывающие производительность внутренних источников тепловыделения, условия теплообмена, геометрические и теплофизические характеристики теплового микроактюатора.

2. Модель и методика расчета статических х арактеристик теплового микроактюатора на основе физико-механических свойств материалов и геометрических параметров микроактюатора, а также его температуры.

3. Модель и методика расчета постоянных времени нагрева и охлаждения, основанная на принципах термодинамики и теории теплопереноса, учитывающая влияние управляющего сигнала, а также физико-технологические и геометрические параметры теплового микроактюатора.

4. Технологический процесс создания и результаты изготовления тепловых микроактюаторов.

5. Результаты исследования эксплуатационных характеристик изготовленных тепловых микроактюаторов.

6. Алгоритм проектирования тепловых многослойных микроактюаторов, подтвержденный адекватностью полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения и результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:

1. SPIE Conference on Micro+Nano Materials, Devices, and Systems, 0612 Декабря 2015, Сидней, Австралия.

2. SPIE Defense And Security, Sensing Technology+Applications, 20-24 апреля 2015, Балтимор, США.

3. 34-ая Международная конференция «Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO)», 15-18 апреля 2014, Киев.

4. Международная конференция «Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials», 20 - 27 Августа 2013, Владивосток.

5. XI научно-техническая конференция "Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА" "Пульсар-2012", 17 - 19 октября 2012, Дубна.

6. Международная конференция «International Conference on Manufacturing (Manufacturing 2012)», 14-15 ноября 2012, Макао.

7. VII Всероссийская конференция молодых ученых «Наноэлектроника, Нанофотоника и Нелинейная Физика», 24 - 26 сентября 2012, Саратов.

8. 18-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2011», Москва, МИЭТ.

9. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2010», Москва, МИЭТ.

Публикации. Основные положения диссертационной опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 5 публикаций, входящих в список, утвержденный ВАК, 6 публикаций, входящих в базу данных РИНЦ, 4 публикации, входящие в базы данных WOS/Scopus.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 150 страниц машинописного текста, включая 14 таблиц, 70 рисунков, 60 формул, 5 приложений и список литературы из 121 наименования.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность доктору технических наук, профессору Самойликову В. К. за всестороннюю помощь и консультации, ведущему инженеру Научно-исследовательской лаборатории «Исследование изделий нано- и микросистемной техники» (НИЛ ИИ) Сахарову О.А. за проведение исследований разработанных ТМА с помощью растровой электронной микроскопии, начальнику участка литографии НПК «Технологический Центр» МИЭТ Жукову А.А. за контроль над процессом изготовления, сотрудникам кафедры Микроэлектроники МИЭТ Зарянкину Н.М. и Виноградову А.И. за проведение операции по анизотропному травлению структуры разработанных ТМА, а также доктору технических наук, профессору МИЭТ Терещенко А.М. за помощь в работе над моделью распределения температуры по длине ТМА.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Существующие виды МЭМС И МОЭМС

В настоящее время в мире уже существует и находится в разработке большое количество МЭМС и МОЭМС устройств [1-11]. Диапазон применений таких устройств необычайно широк: оптическое сканирование как с большим углом обзора [12-13], так и высокоскоростное оптическое сканирование с малым углом [14], оптические волноводы [15-16], оптические переключатели [17], субмикронные профилерометры [18], трехмерные сканеры для медицинского применения [19], оптическая микроскопия и эндоскопия [20-21], системы бесшаблонной фотолитографии [22], системы адаптивной оптики [23], устройства фотоакустического отображения [24], проекционные видеосистемы [25-31] и прочее. Несмотря на широкую и разнообразную область применения вышеуказанных МЭМС [32], объединяет их наличие подвижных механических компонентов, которые используются, в частности, для управления световым потоком (микрозеркал, микролинз, излучающих лазеров).

Все механизмы, позволяющие обеспечить перемещение механических компонентов в составе МЭМС и МОЭМС (микроактюаторы), не смотря на обилие и разнообразие их конструкций и технологий изготовления, можно разделить на:

- электростатические [8], [10], [14], [28-31], [33];

- электромагнитные [34-36];

- пьезоэлектрические [37-39];

- пневматические [40-41];

- на эффекте электросмачивания [42];

- тепловые [3], [11], [13], [19-21], [43-45].

Для удобства, результаты сравнения вышеупомянутых актюаторов на примере использования в составе микрозеркал приведены в Таблице 1. 1 [46].

Таблица 1.1 - Сравнение существующих типов актюаторов для

МЭМС и МОЭМС

Метод актюации Размер зеркала (мкм) Угол сканирования Фактор заполнения (%) Рабочее напряжение (В) Скорость (Гц) Потребляемая мощность (мВт)

100

Электростатический X 100 8,8 96 90 13900 -

800

Тепловой X 800 110 16 12 60 800

1500

Электромагнитный X 1500 33 20 - 2000 -

10000

Электросмачивание X 10000 8 85 105 15 -

1000

Пневматический X 1500 10 17 30 <1 1000

1000

Пьезоэлектрический X 2000 17 13 20 1500 -

Наиболее распространенными среди вышеперечисленных типов актюаторов являются электростатический и тепловой [12]. Основное различие в их свойствах и характеристиках заключается в том, что электростатические микроактюаторы позволяют обеспечить высокую скорость срабатывания (до тысяч герц) при небольшом перемещении и/или вырабатываемом усилии [28-31]. Тепловые актюаторы, напротив, имеют малую скорость срабатывания, но обеспечивают большое перемещение и

большое вырабатываемое усилие [19-21], [43-45]. Рассмотим два этих типа актюаторов более подробно.

1.2 Электростатические актюаторы

Электростатический принцип актюации позволяет получить высокую скорость срабатывания при относительно небольшом перемещении и вырабатываемом усилии. В соответствии с законом Кулона, электростатическая сила притяжения между двумя зарядами обратно пропорциональна расстоянию между зарядами. Для макрообъектов в обычном случае этой силой можно пренебречь. Однако в микромире у устройств обычно крайне малые зазоры, что позволяет электростатической силе притяжения стать одной из главных сил для приведения в движение объектов. Одним из преимуществ такого типа актюации является крайне низкая потребляемая мощность устройств. С другой стороны, необходимо создавать большие напряжения между движущимися частями, что осложняет задачу их проектирования.

В своей простейшей форме электростатический актюатор состоит из движущейся пластины или балки, притягиваемой к параллельному электроду, расположенному под движущейся частью при приложении напряжения. Схема данного актюатора представлена на Рисунке 1.1. Движущийся электрод подвешен на механическом подвесе, который обычно представляет собой микромеханическую балку. Когда прикладывается напряжение к электродам, различные заряды на электродах начинают притягиваться. Однако, пока не произошло соединение, электроды расходуют энергию только на накопление заряда, что приводит к крайне низкому потреблению энергии. Сила притяжения тем больше, чем ближе находятся электроды друг к другу (обратно пропорциональна квадрату расстояния между электродами) [47].

Рисунок 1.1 - Принцип действия электростатического актюатора

Однако эта зависимость приводит к тому, что такие актюаторы страдают от нестабильности при напряжениях выше критического. В этом случае сила притяжения значительно возрастает, и превышает механическую возвратную силу, что приводит к схлопыванию электродов. В случае если электроды специально не защищены от такого схлопывания слоями диэлектрика или защитными механизмами, то это приводит к негативным последствиям вроде расплавления электродов из-за внезапного протекания тока между ними. Для систем с линейным подвесом, критическое напряжение устанавливается как напряжение, при котором подвижный электрод проходит треть расстояния зазора между электродами. Такие актюаторы не могут стабильно работать с напряжениями выше критического. Однако для исправления этого недостатка используются различные конструкции подвесов, вроде закрепленных балок, имеющих нелинейные характеристики [48].

В качестве устройства, использующего электростатический принцип актюации, рассмотрим DLP-микрозеркальную матрицу Texas Instruments [49]. Общий вид микрозеркальной матрицы DLP представлен на Рисунке 1.2.

О

Рисунок 1.2 - Микрозеркальная матрица DLP разработки Texas Instruments [50]

Микрозеркальная матрица представляет собой массив микрозеркальных элементов разрешением от 608x684 до 1920x1080 отдельных элементов (Рисунок 1.3). Размеры элементов варьируются от 16 до 11мкм в зависимости от модели устройства. Угол поворота зеркал ±12° [50-51].

а) поверхность микрозеркальной матрицы; б) внешний вид микропривода под зеркальным элементом; в) элементы микроприводов зеркал; г) крупный план единичного привода микрозеркала;

Рисунок 1.3 - Увеличенное изображение элементов DLP-микрозеркала [50]

Конструкция единичного микрозеркального элемента представлена на Рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Схема устройства отдельного элемента DLP-микрозеркала [50]

Зеркало установлено на сравнительно массивной площадке, которая прикреплена к более тонкой и более гибкой, чем прочие детали системы, полоске - подвесу - натянутой между опорами. В двух других углах основания, не занятых опорами, расположены электроды, которые за счет кулоновской силы могут притягивать один из краев зеркала. Таким образом, зеркало может наклоняться в одну и в другую сторонку на 12 градусов. Конструкция микрозеркала не подразумевает удержание определенного угла наклона, только одно из трех заданных положений: крайнее левое, крайнее правое и центральное (сброс) (Рисунок 1.5).

Достоинствами конструкции микрозеркал ВЬР является их надежность, высокая скорость работы. Среди недостатков нужно отметить относительно небольшой угол поворота (12 градусов), отсутствие возможности плавно устанавливать угол поворота (зеркало работает по принципу «включено-включено»), высокую технологическую сложность процесса изготовления, который требует проведения ряда операций субмикронной точности, а также использования полимерных материалов и повышенные требования против брака.

Другим типом электростатических актюаторов является так называемый гребенчатый актюатор [52], схема которого приведена на Рисунке 1.6.

7777777777777777777777/ гребень

Рисунок 1.6 - Принцип действия гребенчатого актюатора

Гребенчатые электростатические актюаторы избегают нестабильности критического напряжения и не обладают зависимостью силы притяжения от расстояния. Как и в случае с плоскими электростатическими актюаторами, гребенчатый актюатор состоит из подвижного и неподвижного электродов. Электроды имеют форму гребней, направленных друг в друга. Используя прямые гребни, как изображено на Рисунке 1.6, позволяет получить практически постоянную силу притяжения, которая не зависит от расстояния, на которое гребни входят друг в друга. Сила притяжения значительно уменьшается при рассоединении гребней, и значительно возрастает, если гребни находятся крайне близко друг к другу, однако большинство таких гребней подразумевают работу в диапазоне, когда сила притяжения практически одинакова.

Гребенчатые актюаторы также страдают от нестабильности в случае, когда прикладываемое напряжение слишком велико, однако эта нестабильность не направлена по оси работы актюатора. Пока гребни идеально отцентрированы друг относительно друга, суммарная сила сдвига на один элемент гребня будет равна нуля. Однако для таких приводов достаточно распространенной является проблема, когда гребни слегка смещаются влево или вправо относительно друг друга во время работы. Если сила сдвига достаточно велика, то может произойти либо искривление отдельного гребня, либо схлопывание всего гребня, что приведет к выходу актюатора из строя [48].

Рассмотрим характеристики устройства, созданного на основе гребенчатого электростатического актюатора на примере работы [53]. Устройство представляет собой микромеханическое зеркало. Общий вид зеркала приведен на Рисунке 1.7. Вертикальный гребенчатый привод и подвес расположены снизу поверхности зеркала для достижения высокого коэффициента заполнения (отношение суммарной площади зеркальной поверхности к общей площади матрицы).

а) Тип 1 с одним набором гребней; б) Тип 2 с двумя наборами гребней Рисунок 1.7 - Общий вид конструкции микрозеркала, основанного на гребенчатом

приводе

Предложены два типа конструкции микрозеркал. Тип 1 имеет один набор гребней под поверхностью зеркала. Тип 2 имеет два набора гребней, расположенных на двух различных уровнях: один под поверхностью зеркала (аналогично типу 1), второй соединен с краями зеркала. На Рисунке 1.8 показано поперечное сечение обоих типов зеркал, а также вид электрического поля, полученный моделированием методом конечных элементов (МКЭ). Зеркало, движущиеся электроды и торсионный подвес заземлены. Напряжение актюации подается на зафиксированные гребни.

а) б)

а) Тип 1 с одним набором гребней; б) Тип 2 с двумя наборами гребней Рисунок 1.8 - Поперечное сечение конструкций

Размер зеркальной части в данном случае равен 137х120мкм для зеркала Типа 1 и 144х60мкм для зеркала Типа 2. Для того чтобы избежать короткого замыкания в случае возникновения нестабильности, были сделаны специальные механические упоры, которые заняли небольшую часть поверхности зеркала. Общие габариты одного элемента 150х150мкм, и соответственно фактор заполнения получается равным 91% в случае зеркала Типа 1 и 96% в случае зеркала Типа 2.

На Рисунке 1.9 показаны фотографии зеркал Типа 1 и Типа 2, полученные на сканирующем электронном микроскопе.

а) Зеркало Типа 1; б) Зеркало Типа 2 Рисунок 1.9 - Фотографии зеркал [53]

Из работы [53] следует, что для зеркала типа 1 максимальный угол отклонения составил 6.9 градуса при 18,1 В, для типа 2 максимальный угол отклонения составил 8.1 градуса при 19 В. Для сравнения приводятся результаты испытания аналогичной конструкции микрозеркала с такими же габаритными размерами, построенного на электростатическом актюаторе с плоской конструкцией электродов. Его угол отклонения равен 3,8 градуса при напряжении в 22В. Как видно из результатов работы [53],

использование гребенчатого привода позволяет снизить управляющее напряжение по сравнению с классическим электростатическим приводом и увеличить угол поворота. Однако даже с использованием гребенчатого электростатического привода невозможно достичь больших углов поворота (десятки градусов), и для этой цели применяются тепловые актюаторы.

1.3 Тепловые актюаторы

Достоинствами тепловых микроактюаторов (ТМА), по сравнению с другими типами микроактюаторов, является конструктивно-технологическая простота, небольшая занимаемая площадь на кристалле и большая вырабатываемая сила [3], [11], [13]. Однако они имеют и недостатки, такие как сравнительно большая потребляемая мощность и низкое быстродействие. Большая потребляемая мощность обуславливается тем, что, в отличие от электростатических микроактюаторов, в тепловых большое количество энергии расходуется на нагрев структуры. Низкое быстродействие обуславливается необходимостью нагрева и охлаждения структуры. Отдельно стоит отметить, что в случае тепловых актюаторов в зависимости от условий внешней среды нагрев может происходить как быстрее, чем охлаждение, так и медленнее. Это необходимо учитывать при проектировании устройств и систем на их основе.

ТМА делятся на актюаторы, использующие непосредственно линейное тепловое расширение или сжатие, и биморфные тепловые актюаторы, в которых используется разность температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) двух (или более - тогда тепловой актюатор будет называться полиморфным) различных твердых тел [21], [54-59].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Евстафьев Сергей Сергеевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чаплыгин Ю. А. Нанотехнологии в электронике. Выпуск 3. — М.: Техносфера, 2015. — 476 с.

2. Yi-Chung Tung, Kurabayashi Katsuo. A metal-coated polymer micromirror for strain-driven high-speed multiaxis optical scanning // IEEE Photonics Technology Letters. — 2005. — Issue 6. — P. 1193-1195.

3. Xiaojing Mu, Yingshun Xu, Singh J., Nanguang Chen, Hanhua Feng, Guangya Zhou, Aibin Yu, Chee-Wei Tan. A large rotational angle micromirror based on hypocycloidal electrothermal actuators for endoscopic imaging // 2010 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OPT MEMS).

— 2010. — P. 23-24.

4. Zamkotsian F., Canonica M., Tangen K., Lanzoni P., Grassi E., Barette R., Fabron C., Waldis S., Noell W., De Rooij N., Marchand L., Duvet L. Micromirror arrays designed and tested for space instrumentation // 2010 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OPT MEMS).

— 2010. — P. 195-196.

5. Chong J., Siyuan He, Ben Mrad R. Development of a Vector Display System Based on a Surface-Micromachined Micromirror // IEEE Transactions on Industrial Electronics. — 2012. — Issue 12. — P. 4863-4870.

6. Dae-Hyun K., Min-Wu K., Jin-Wan J., Koeng-Su L., Jun-Bo Y. Mechanical Reliability of a Digital Micromirror With Interdigitated Cantilevers // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2010. — Issue 5. — P. 11971206.

7. Chang-Hyeon J., Moongoo C., Sang-Cheon K., See-Hyung L., Bu J. Performance of a raster scanning laser display system using diamond shaped frame supported micromirror // IEEE Photonics Technology Letters. — 2006. — Issue 16. — P. 1702-1704.

8. Hao Zhili, Wingfield B., Whitley M., Brooks J., Hammer J.A. A design methodology for a bulk-micromachined two-dimensional electrostatic torsion micromirror // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2003. — Issue 5.

— P. 692-701.

9. Yoo Byung-Wook, Jang Yun-Ho, Yu Kyoungsik, Park Jae-Hyoung, Kim Yong-Kweon. Drift-Free Single Crystalline Silicon Micromirror with Floating Field Limiting Shields // IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics. — 2007. — P. 81-82.

10. Dae-Hyun K., Min-Wu K., Jin-Wan J., Koeng-Su L., Jun-Bo Y. Modeling, Design, Fabrication, and Demonstration of a Digital Micromirror With Interdigitated Cantilevers // Journal of Microelectromechanical Systems.

— 2009. — Issue 6. — P. 1382-1395.

11. Sasaki M., Yuki S., Hane K. Large-rotation and low-voltage driving of micromirror realized by tense thin-film torsion bar // IEEE Photonics Technology Letters. — 2006. — Issue 15. — P. 1573-1575.

12. Чаплыгин Ю. А. Нанотехнологии в электронике. Выпуск 2. — М.: Техносфера, 2013. — 688 c.

13. Yingshun Xu, Singh J., Selvaratnam T., Nanguang Chen. Two-Axis Gimbal-Less Electrothermal Micromirror for Large-Angle Circumferential Scanning // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. — 2009.

— Issue 5. — P. 1432-1438.

14. Kouma N., Tsuboi O., Soneda H., Ueda S., Sawaki I. Fishbone-shaped vertical comb actuator for dual-axis 1D analog micromirror array // The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems.

— 2005. — Vol. 1. — P. 980-983.

15. Воропай Е. С., Гулис И. М., Купреев А. Г., Каплевский К. Н. Дисперсионный гиперспектрометр с реконфигурируемой входной апертурой на основе микрозеркальной матрицы // Физика, Вестник БГУ. — 2009. — N3. — C. 31-35.

16. Inoue J., Ogura T., Kintaka K., Nishio K., Awatsuji Y., Ura S. Fabrication of Embedded 45-Degree Micromirror Using Liquid-Immersion Exposure for Single-Mode Optical Waveguides // Journal of Lightwave Technology. — 2012. — Issue 11. — P. 1563-1568.

17. Argueta-Diaz V., Anderson B. L. Reconfigurable photonic switch based on a binary system using the white cell and micromirror arrays // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. — 2003. — Issue 2. — P. 594-602.

18. Riza Nabeel A., Ghauri Farzan N. Super resolution hybrid analog-digital optical beam profiler using digital micromirror device // Photonics Technology Letters. — 2005. — Issue 7. — P. 1492-1494.

19. Prasciolu M., Malureanu R., Cabrini S., Cojoc D., Businaro L., Carpentiero A., Kumar R., Di Fabrizio E. Three-dimensional digital scanner based on micromachined micromirror for the metrological measurement of the human ear canal // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. — 2005. — Issue 6. — P. 29902994.

20. Yong-Ha Hwang, Seungoh Han, Byung-Kab Lee, Jae-Soon Kim, Pak J. J. A low voltage two-step micromirror for the pinhole of the confucal microscope // IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS and Their Applications Conference. — 2005. — P. 49-50.

21. Jain A., Xie Tuqiang, Pan Yingtian, Fedder G.K., Xie Huikai. A two-axis electrothermal SCS micromirror for biomedical imaging // 2003 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS. — 2003. — P. 14-15.

22. Jaeman Choi, Younghun Jin, Haeryung Kim, Manseung Seo. Proposal of Distributed Architecture for Micromirror Image Generation in Maskless Optolithography System // International Joint Conference SICE-ICASE. — 2006. — P. 662-666.

23. Алиханов А. Н. Берченко Е. А., Киселев В. Ю., Кулешов В. Н. Деформируемые зеркала для силовых и информационных лазерных систем // Оптика атмосферы и океана. — 2005. — N1. — C. 54-58.

24. Wenjun Liao, Wenjing Liu, Jingjing Sun, Yiping Zhu, Lei Wu, Huikai Xie, Lei Xi, Huabei Jiang. Miniature photoacoustic imaging probe using MEMS scanning micromirror // International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN). — 2011. — P. 115-116.

25. Yucesoy V., Tunaoglu D., Kovachev M., Ilieva R., Onural L. Design and Implementation of a DMD Based Volumetric 3D Display // 3DTV Conference: The True Vision - Capture, Transmission and Display of 3D Video. — 2008. — P. 29-32.

26. Nayar S.K., Branzoi V., Boult T.E. Programmable imaging using a digital micromirror array // Proceedings of the 2004 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. — 2004. — Vol. 1.

— p. 436-443.

27. Li Li, Mirza M., Stankovic V., Li Lijie, Stankovic L., Uttamchandani D., Cheng S. Optical imaging with scanning MEMS mirror - A single photodetector approach // 16th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP). — 2009. — P. 2685-2688.

28. Gang Han, Zheng Geng. The application of FPGA-based reconfigurable computing technology in Digital Light Processing systems // 2011 International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT). — 2011. — P. 2255-2258.

29. Feng Qibin, Tong Hao, Liu Tao, Chang Yunfei, Lv Guoqiang, Wu Huaxia. Single-DMD based solid-state volumetric true 3D display // 2010 International Conference on Audio Language and Image Processing (ICALIP).

— 2010. — P. 552-556.

30. Duncan W. M., Oden P. I., Douglass M. DLPA & Products Micro-Mirror Arrays for Light Processing // The 20th Annual Meeting of the Lasers and Electro-Optics Society. — 2007. — P. 353.

31. Hornbeck L. J. Combining Digital Optical MEMS, CMOS and Algorithms for Unique Display Solutions // IEEE International Electron Devices Meeting 2007. — 2007. — P. 17-24.

32. Рилей Джордж А. Мир микро- и наноэлектроники: Учебное пособие по современным технологиям в производстве микросистем. — М. : Экспромт, 2009. — Т.1. 271 с.

33. Тимошенков С. П., Зотов С. А., Калугин В. В. Изготовление роторного узла микродвигателя // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. — 2007. —N 3. — C. 92-95.

34. Youngkee Eun, Hyungjoo Na, Jongbaeg Kim. Bidirectional Electrothermal Electromagnetic Torsional Microactuators // IEEE 22nd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems 2009. — 2009.

— P. 1039-1042.

35. Okano Y., Hirabayashi Y. Magnetically actuated micromirror and measurement system for motion characteristics using specular reflection // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. — 2002. — Issue 1. — P. 19-25.

36. Tenghsien Lai, Chingfu Tsou. A novel electromagnetic microactuator with lateral magnetio-static force for scanning micromirror device // 16th International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference (TRANSDUCERS). — 2011. — P. 542-545.

37. Wenjing Liu, Yiping Zhu, Jiping Li, Virendrapal A. S., Tang Yongming, Baoping Wang, Huikai Xie. Two-axis scanning micromirror based on a tilt-and-lateral shift-free piezoelectric actuator // 2010 IEEE Sensors. — 2010. — P. 2189-2192.

38. Tani M., Akamatsu M., Yasuda Y., Toshiyoshi H. A two-axis piezoelectric tilting micromirror with a newly developed PZT-meandering actuator // IEEE 20th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. — 2007. — P. 699-702.

39. Bakke T., Johansen I. A robust, non-resonant piezoelectric micromirror // 2011 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN).

— 2011. — P. 171-172.

40. Werber A., Zappe H. A Thermo-Pneumatically Actuated Tip-Tilt-Piston Mirror // IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics. — 2007. — P. 47-48.

41. Werber A., Zappe H. Tunable Pneumatic Microoptics // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2008. — Issue 5. — P. 1218-1227.

42. Zeng Hongjun, Wan Zhiliang, Feinerman A. D. Tilting Micromirror With a Liquid-Metal Pivot // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2006. — Issue 6. — P. 1568-1575.

43. Huja M., Husak M. Thermal microactuators for optical purpose // Proceedings of International Conference on Information Technology: Coding and Computing, 2001. — 2001. — P. 137-142.

44. Pandiyan J., Balachandar S., Ramaswamy S., Arumugam M., Umapathy M. Novel MEMS Electrothermal Actuators & Its Application // 2005 Annual IEEE INDICON. — 2005. — P. 123-126.

45. Pal S., Huikai Xie. Pre-Shaped Open Loop Drive of Electrothermal Micromirror by Continuous and Pulse Width Modulated Waveforms // IEEE Journal of Quantum Electronics. — 2010. — Issue 9. — P. 1254-1260.

46. Timoshenkov S. P., Evstafyev S. S., Britkov I. M. Development of controlled micro-mirrors with large rotation angle // Advanced Materials Research. — 2013. — Vol. 630. — P. 339-343.

47. Тимошенков С. П., Бойко А. Н., Симонов Б. М. Методика оценки параметров чувствительных элементов микроакселерометров и микрозеркал // Известия высших учебных заведений. Электроника. — 2007. — N 5. — C. 23-29.

48. Introduction to Microelectromechanical Systems (MEMS). — Режим доступа:http://compliantmechanisms.byu.edu/content/introduction-microelectromechanical-systems-mems, 2015.

49. DLP Technology, Products, Projectors, Pico, Cinema, Display - TI.com. — Режим доступа: http://www.ti.com/lsds/ti/dlp-technology/dlp-technology-home.page, 2015.

50. TI DLP & technology overview. — Режим доступа: http://www.ti.com/lsds/ti/analog/dlp/overview.page, 2015.

51. Тимошенков С. П., Евстафьев С. С., Бритков И. М., Бритков О. М., Злобин Д. О. Измерение угла отклонения микрозеркала с помощью фоточувствительной матрицы // Известия ВУЗов. Электроника. — 2015. — N4 . — C. 79-81.

52. Legtenberg Rob, Growenveld A. W., Elwenspoek M. Comb Drive Actuators for Large Displacements // Micromech. Microeng. — 1996. — Issue 3. — P. 320-329.

53. Hah D., Huang Sophia Ting-Yu, Tsai Jui-che, Toshiyoshi H., Wu M.C. Low-voltage, large-scan angle MEMS analog micromirror arrays with hidden vertical comb-drive actuators // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2004. —Issue 2. — P. 279-289.

54. Oz A., Fedder G. CMOS Electrothermal Lateral Micromovers for Actuation and Self-Assembly // Proceedings of the 2003 SEM Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics (SEM Annual '03). — Charlotte, 2003.

55. Carlen Edwin T., Mastrangelo C. H. Electrothermally activated paraffin microactuators // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2002. — Issue 3. — P. 165-174.

56. Jonsmann J., Sigmund O., Bouwstra S. Compliant electro-thermal microactuators // Twelfth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems MEMS '99. — 1999. — P. 588-593.

57. Iyer S. V., Lakdawala H., Fedder G., Mukherjee T. Macromodeling Temperature-Dependent Curl in CMOS Micromachined Beams // Technical Proceedings of the Fourth International Conference on Modeling and Simulation of Microsystems (MSM). — Hilton Head, 2001. — P. 88-91.

58. Tuantranont A., Liew L.-A., Bright V.M., Zhang Jianglong, Zhang Wenge, Lee Y.C. Bulk-etched surface micromachined and flip-chip integrated

micromirror array for infrared applications // 2000 IEEE/LEOS International Conference on in Optical MEMS. — 2000. — P. 71-72.

59. Jain A., Todd S., Huikai Xie. An electrothermally-actuated, dual-mode micromirror for large bi-directional scanning // IEEE International Electron Devices Meeting, 2004. IEDM Technical Digest. — 2004. — P. 47-50.

60. Heatuator. — Режим доступа: http://www.sfu.ca/adm/heatuator.html, 2015.

61. Lecture 9-1 Thermal Actuators // National Tsing Hua University. — 2004.

— Режим доступа: www2.ess.nthu.edu.tw/~fangang/download/Micro System Design/03ess5850Lec 9-l.doc.

62. Коноплев Б. Г., Лысенко И. Е. Моделирование интегральной микросборки элементов МОЭМС с использованием шарниров на основе полиимида // Электронный журнал Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы. — 2001. — Т. - С. 52-58.

63. Ebefors T., Kalvesten E., Stemme G. Three dimensional silicon triple-hot-wire anemometer based on polyimide joints // Proceedings of the Eleventh Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems. — 1998.

— P. 93-98.

64. Ebefors T., Kalvesten E., Vieider C., Stemme G. New robust small radius joints based on thermal shrinkage of polyimide in V-grooves // International Conference on Solid State Sensors and Actuators. — Chicago, 1997. — Vol. 1.

— P. 675-678.

65. Лысенко И. Е., Переверзева А. С. Микромеханическое зеркало для лабораторий-на-кристалле // VI Международная конференция Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. — Кисловодск-Ставрополь, 2006. — C. 510.

66. Козлов Д. В., Смирнов И. П., Жуков А. А., Шахнов В. А. Экспериментальное исследование силовых характеристик рабочего элемента тепловых микроактюаторов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Серия "Приборостроение". — 2011. — N2. — C. 84.

67. Жуков А. А., Захаров А. А., Тимошенков С. П. Биморфный балочный актюатор с V-образными полиамидными канавками // Нано и микросистемная техника. — 2007. —N 7. — C. 60-64.

68. Xu Y., Singh J., Premachandran C. S., Khairyanto A., Chen K. W., Chen N., Sheppard C. Jr., Olivo M. Design and development of a 3D scanning MEMS OCT probe using a novel SiOB package assembly // Journal of Micromechanics and Microengineering. — 2008. — Vol. 18. — Issue12. — P. 125005.

69. Wang Ye, Zhihong Li, McCormick Daniel T., Tien Norman C. A micromachined RF microrelay with electrothermal actuation // Sensors and Actuators A. — 2003. — Vol. 103. — Issue 1 2. — P. 231-236.

70. Klintberg Lena, Karlsson Mikael, Stenmark Lars, Thornell Greger. A thermally activated paraffin-based actuator for gas-flow control in a satellite electrical propulsion system // Sensors and Actuators A: Physical. — 2003. — Issue 3. — P. 237-246.

71. Sevim Semih, Tolunay Selin, Torun Hamdi. Micromachined sample stages to reduce thermal drift in atomic force microscopy // Microsystem Technologies. — 2014. — Issue 7. — P. 1559-1566.

72. Enikov Eniko T., Lazarov Kalin V. Micro-mechanical switch array for meso-scale actuation // Sensors and Actuators A: Physical. — 2005. — Issue 1. — P. 282-293.

73. Suh John W., Glandera Steven F., Darling Robert B., Storment Christopher W., Kovacs Gregory T.A. Organic thermal and electrostatic ciliary microactuator array for object manipulation // Sensors and Actuators A: Physical. — 1997. — Issue 1. — P. 51-60.

74. Pennarun Pierre, Rossi Carole, Esteve Daniel, Colin Rene-David. Single use, robust, MEMS based electro-thermal microswitches for redundancy and system reconfiguration // Sensors and Actuators A: Physical. — 2007. — Issue 1. — P. 273-281.

75. Kohl M., Krevet B., Just E. SMA microgripper system // Sensors and Actuators A: Physical. — 2002. — Vol. 97-98. — P. 646-652.

76. Cabal Antonio, Ross David S., Lebens John A., Trauernicht David P. Thermal actuator with optimized heater for liquid drop ejectors // Sensors and Actuators A: Physical. — 2005. — Vol. 123 124. — P. 531-539.

77. Jiao Zhenjun, Nguyen Nam-Trung, Huang Xiaoyang. Thermocapillary actuation of liquid plugs using a heater array // Sensors and Actuators A: Physical. — 2007. — Issue 2. — P. 145-155.

78. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. - М. : Мир, 1982. -520 c.

79. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Теоретическая физика.Т. VII. Теория упругости: Учебное пособие — М.: Наука, 1987. —248 c.

80. Moulton Timothy, Ananthasuresh G. K. Micromechanical devices with embedded electro-thermal-compliant actuation // Sensors and Actuators A: Physical. — 2001. — Issue 1-2. — P. 38-48.

81. Gale Bruce К. Mechanical MEMS. Fundamentals of Micromachining. — Режим доступа: http://www.eng.utah.edu/~gale/mems/Lecture 22 Mechanical Microsystems.pdf.

82. Sitaraman Iyer V., Tamal Mukherjee. Numerical spring models for behavioral simulation of MEMS inertial sensors // Proc. SPIE 4019, Design, Test, Integration, and Packaging of MEMS/MOEMS. — 2000. — P. 55.

83. Новикова С. И. Тепловое расширение твердых тел. — М. : Наука, 1974. — 291 c.

84. Iyer S. V., Mukherjee T. Numerical Spring Models for Behavioral Simulation of MEMS Inertial Sensors // Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP '00). — Paris, 2000. — P. 55-62.

85. Que L., Park J. S., Gianchandani Y. B. Bent-beam electrothermal actuators-Part I: Single beam and cascaded devices // Journal of Microelectromechanical Systems. — 2001. — Issue 2. — P. 247-258.

86. Comtois J. H., Michalicek M. A., Barron C. C. Characterization of electrothermal actuators in a four-level, planarized surface-micromachined polycrystalline process // Proc. IEEE Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '97). — Chicago, 1997. — P. 769-772.

87. Евстафьев С.С. Разработка актюатора на основе биморфной структуры и конструкции микрозеркала на его основе // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. — 2011. — N 4. — C. 33-38.

88. Чаплыгин Ю. А., Тимошенков С. П., Евстафьев С. С. Разработка биморфного термоактюатора и конструкции микрозеркала на его основе // Инженерный вестник Дона. — 2013. — N1. — C. 95.

89. Тимошенков С. П., Евстафьев С. С. Особенности микромеханического зеркала на основе балочного микроактюатора // Тезисы докладов VII Всероссийской конференции молодых ученых «НАНОЭЛЕКТРОНИКА, НАНОФОТОНИКА И НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЗИКА» 24 - 26 сентября 2012. — Саратов, 2012. — C. 55-56.

90. Горнеев Е. С., Зайцев Н. А., Равилов М. Ф., Романов И. М. Моделирование элементов микромеханики. - Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам /Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева. — М: Техносфера, 2005. — 592 c.

91. Басов К. А. ANSYS для конструкторов. - М.:ДМК Пресс, 2009. - 248 c.

92. Жидков А. В. Применение системы ANSYS к решению задач геометрического и конечно-элементного моделирования. — 2006. — Режим доступа: http://www.unn.ru/pages/e-library/aids/2006/1.pdf.

93. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. — М.: Либроком, 2013. — 272 c.

94. Каплун С. А., Ходякова Т. Ф., Щекин И. В. SolidWorks. Оформление чертежей по ЕСКД. — М. : SolidWorks Russia, 2009. — 190 c.

95. Кетков Ю. Л., Кетков А. Ю., Шульц Н. MATLAB 7. Программирование, численные методы. — Спб. : БХВ-Петербург, 2005. — 742 c.

96. Бланк Т. В., Гольдберг Ю. А. Механизмы протекания тока в омических контактах металл-полупроводник // Физика и техника полупроводников. — 2007. — N11. — C. 1281-1308.

97. Беляев А. E. Физические методы диагностики в микро- и наноэлектронике. — Харьков : ИСМА, 2011. — 284 c.

98. Белоус А. И., Eмельянов В. А. Основы технологии микромонтажа интегральных схем. — М. : ДМК Пресс, 2013. — 316 c.

99. Chu W. H., Mehregany M., Mullen R. L. Analysis of tip deflection and force of bimetallic cantilever micro actuator // Journal of Micromechanics and Micro engineering. — 1993. — Issue 3. — P. 4 7.

100. Тимошенков С.П., Eвстaфьев С.С., Бритков И.М., Самойликов В.К., Паньков К.С. Расчет и экспериментальное исследование температурной зависимости угла отклонения элемента микрозеркала // Известия вузов. Электроника. — 2014. — N 3. — C. 43.

101. Кинасошвили Р. С. Сопротивление материалов. Краткий учебник. — М. : Физматгиз, 1962. — 388 c.

102. Бауков А. Ю., Звонкина Ф. Ф. Об эквивалентных параметрах многослойных конструкций и однородной однослойной пластины // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — N 9. — C. 257-263.

103. Тимошенков С.П. Самойликов В.К., Eвстaфьев С.С., Терещенко А.М., Бритков И.М. Распределение температуры по длине термомеханического актюатора // Известия вузов. Электроника. — 2015. — N4. — C. 397-405.

104. Evstafyev Sergey S., Timoshenkov Sergey P., Britkov Igor M., Samoilykov Vyacheslav K., Tereshhenko Anatolij M. Proc. SPIE 9467, Micro-

and Nanotechnology Sensors, Systems, and Applications VII, 94672X // A bimorph electrothermal actuator for micromirror devices. — May 22, 2015.

105. Ильин В. А., Позняк Э. Г. Линейная алгебра: Учебник для вузов.. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 280 c.

106. Прохоров А. М. Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М. : Советская энциклопедия, 1988. 3475 c.

107. Timoshenkov S. P., Samoilykov V. K., Evstafyev S. S., Tereshhenko A. M., Britkov I. M. A bimorph electrothermal actuator for micromirror devices // Proceedings of SPIE. — 2015. — Vol. 9467. — P. 94672X.

108. Timoshenkov S. P., Evstafyev S. S., Samoilykov V. K., Korobova N. E., Timoshenkov A. S., Tereshhenko A. M. Calculation of the dynamic characteristics of micro-mirror element based on the thermal micro-actuators // Proceedings of SPIE. — 2015. — Vol. 9668. — P. 966823.

109. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Для студентов вузов. — М. : Энергоиздат, 1981. — 417 c.

110. Рябухин А. Г. Линейный коэффициент термического расширения металлов // Известия Челябинского Научного Центра. - 1999. - N 3. - C. 15.

111. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3 томах. — М. : Машиностроение, 2001. — Т. I. - 34 c.

112. Крыжановский В. К., Кербер М. Л., Бурлов В. В. Производство изделий из полимерных материалов. — Спб.: Профессия, 2004. — 465 c.

113. НПК ТЦ. Технологические возможности. — Режим доступа: http://www.tcen.ru/rus/production-base/detail.php?id=276, 2015.

114. Тимошенков С. П., Евстафьев С. С., Бритков И. М. Разработка микрозеркала с большим углом поворота // Сборник трудов конференции «Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА» 1719 октября 2012. — Дубна, 2012. — C. 111.

115. Евстафьев С. С. Разработка линейки микромеханических зеркал // Тезисы докладов 17-ой Всероссийской межвузовской научно-технической

конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2010». — Москва, Зеленоград, 2010. — C. 115.

116. Евстафьев С. С. Разработка термоактюатора на основе биморфной структуры // Тезисы докладов 18-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2011». — Москва, Зеленоград, 2011. — C. 106.

117. Timoshenkov S. P., Evstafyev S. S., Britkov I. M., Artemov E. I. Calculation and experimental analysis of micromirror rotation angle // 2014 IEEE 34th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). — Kiev, 2014. — P. 131-134.

118. Timoshenkov S. P., Evstafyev S. S., Britkov I. M. Using of bimorph thermo actuator for micro mirror development with large rotation angle // Book of Abstracts on Second Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials, 20-27 August 2013. — Vladivostok, 2013. — P. 261262.

119. Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — 240 c.

120. Кузнецов М. И. Основы электротехники. - 9-ое издание, исправленное. — М.: Высшая школа, 1964. — 560 c.

121. Параметрический анализатор полупроводниковых приборов B1500A. — Режим доступа: http://equip.eltech.com/1944-parametricheskie-analizatory-agilent, 2015.

УТВЕРЖДАЮ" роректор МИЭТ _Гаврилов С.А.

2016г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Евстафьева С.С.

«Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных

тепловых микроактюаторов»

Настоящим подтверждается, что результаты научных и практических работ, полученные Евстафьевым С.С. при подготовке диссертационной работы «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов» использовались при выполнении следующих проектов:

1.П634 «Разработка технологий и методов создания приемников инфракрасного излучения и других датчиков на основе многослойных микромеханических структур с применением принципов оптического и полевого детектирования перемещений», проводимого в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

2. № 16.740.11.0464 «Разработка конструкции и технологии изготовления термостимулированного микроактюатора на основе биморфной структуры А1/8Ю2», проводимого в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

3. №14.575.21.0069, уникальный идентификатор соглашения КРМЕР157514X0069 «Разработка конструкции и технологии изготовления инерциальной измерительной системы на основе интегрированных микромеханических акселерометров и гироскопов», проводимого в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы.

Заведующий кафедрой микроэлектроники, д.т.н., профессор

Тимошенков С.П.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Евстафьева С.С.

«Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных

тепловых микроактюаторов»

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Евстафьева Сергея Сергеевича «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов» использовались при выполнении прикладных научных исследований по Соглашению №14.575.21.0096 (уникальный идентификатор соглашения КТМЕР157514X0096) между Минобрнауки России и федеральным государственным автономным образовательного учреждением высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники».

Отв. исполнитель ПНИ

д.т.н., профессор

Шерченков А.А.

"УТВЕРЖДАЮ" Проректор МИЭТ _Гаврилов С.А.

2016г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Евстафьева С.С.

«Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных

тепловых микроактюаторов»

Настоящим подтверждается, что результаты научных и практических работ, полученные Евстафьевым С.С. при подготовке диссертационной работы «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов» использовались при выполнении следующих проектов:

1. №14.575.21.0044, уникальный идентификатор ЯРМЕР157514X0044 «Лазерная нанокомпозитная сварка биологических тканей и органов человеческого организма», проводимого в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 -2020 годы.

2. №14.575.21.0089, уникальный идентификатор ЯРМЕР157514X0089 «Теоретические и экспериментальные исследования по лазерной технологии конструирования трехмерного биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава и его прототипирования для реконструкции сухожильно-связочного аппарата», проводимого "в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы.

Главный научный сотрудник кафедры биомедицинских систем, д.ф.-м.н., профессор

Подгаецкий В.М.

If

УТВЕРЖДАЮ

// Игнатова И.Г.

" 2016 г.

юректор МИЭТ

АКТ

об использовании в учебном процессе Национального исследовательского

университета «МИЭТ» результатов диссертационной работы Евстафьева С.С.

«Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных

тепловых микроактюаторов»

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Евстафьева С.С. «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов» использованы в учебном процессе МИЭТ в читаемых на факультете ИТС на кафедре «Микроэлектроника» курсах «Теория и практика инженерного эксперимента», «Технологии изготовления изделий микросистемной техники на базе инновационных разработок» и «Materials for electronics».

Заведующий кафедрой микроэлектроники,

д.т.н., профессор

Тимошенков С.П.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Евстафьева С.С.

«Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных

тепловых микроактюаторов»

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Евстафьева С.С. «Разработка и исследование физико-технологических моделей многослойных тепловых микроактюаторов» использовались при выполнении ОКР «Разработка базовой технологии создания двумерных управляемых матриц микрозеркал и микропереключателей», по договору №12411.1006899.11.042 от 02.04.2012, проводимого в рамках ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 годы.

Генеральный директор АО «ЗНТЦ», д.т.н.

Ковалев А.А.