This is a widespread requirement for low cost lightweight thermal imaging sensors for both military and civilian applications. Today, a large number of uncooled infrared detector developments are under progress due to the availability of silicon technology that enables realization of low cost IR sensor. System prices are continuing to drop, and swelling production volume will soon drive process substantially lower. The feasibility of micromechanical optical and infrared (IR) detection using microcantilevers is demonstrated. Microcantilevers provide a simple Structurefor developing single- and multi-element sensors for visible and infrared radiation that are smaller, more sensitive and lower in cost than quantum or thermal detectors. Microcantilevers coated with a heat absorbing layer undergo bending due to the differential stress originating from the bimetallic effect. This paper reports a micromachined silicon uncooled thermal imager intended for applications in automated process control. This paper presents the design, fabrication, and the behavior of cantilever for thermomechanical sensing.
The microfabricated test structures were used in order to evaluate the stress characteristics in films. The test structures were fabricated using surface micromachining technique, including HF vapor phase etching as an effective release method. The fabricated structures were micro strain gauge, cantilever-type vernier gauge and bridge for stress measurement, and cantilever for stress gradient measurement. The strain was measures by observing the deformation of the structures occurred after release etching and the amount of deformation can be detected by micro vernier gauge, which has gauge resolution of 0.2${\mu}{\textrm}{m}$. The detection principles and the degree of precision for the measured strain were also discussed. The characteristics of residual stress in LPCVD polysilicon films were studied using these test structures. The stress gradient due to the stress variation through the film thickness was calculated by measuring the deflection at the cantilever free end.
The governing equations of micro double cantilever beam structures interacted by electrostatic forces are obtained employing Galerkin's method based on Euler beam theory. Variations of static and dynamic responses as well as natural frequencies are estimated for applied voltages. In particular, it is investigated how the variations of beam properties resulted by manufacturing process influence the deflections and the modal characteristics. This study can help to design MEMS structures and to predict the performances with respect to manufacturing tolerances.
Static and dynamic responses of micro cantilever beam structures undertaking electrostatic forces are obtained employing Galerkin's method based on Euler beam theory. Variations of static and dynamic responses as well as resonant frequencies are estimated for several sets of beam properties and applied voltages. It is shown that the applied voltage influences the deflection and the modal characteristics significantly. Such information can be usefully employed for the design of MEMS structures.
This work has suggested corrugation beam as a new structure for mechanical resonators. Micro beam resonators based on 3C-SiC films which have two side corrugations along the length of beams were simulated by finite-element modeling and compared to a flat rectangular beam with the same dimension. With the dimension of $36\times12\times0.5{\mu}m^3$, the flat cantilever has resonant frequency of 746 kHz. Meanwhile, this frequency reaches 1.252 MHz with the corrugated cantilever which has the same dimension with flat type but corrugation width of $6{\mu}m$ and depth of $0.4{\mu}m$. It is expected that mechanical resonators with corrugations will be very helpful for the research of sensing devices with high-resolution, high-performance oscillators and filters in wireless communications as well as measurement in basic physics.
Static and dynamic responses of micro double cantilever beam structures interacted by electrostatic forces are obtained employing Galerkin's method based on Euler beam theory. Variations of static and dynamic responses as well as natural frequencies are estimated for several sets of beam properties and applied voltages. It is shown that the variations of beam properties resulted by manufacturing process influence the deflections and the modal characteristics significantly. Such information can be usefully employed for the design of MEMS structures.
In this study, the vibration of an electrostatically actuated micro cantilever beam is analyzed in which a viscoelastic layer covers a portion of the micro beam length. This proposed model is considered as the main element of mass and pollutant micro sensors. The nonlinear motion equation is extracted by means of Hamilton principle, considering nonlinear shortening effect for Euler-Bernoulli beam. The non-linear effects of electrostatic excitation, geometry and inertia have been taken into account. The viscoelastic model is assumed as Kelvin-Voigt model. The motion equation is discretized by Galerkin approach. The linear free vibration mode shapes of non-uniform micro beam i.e. the linear mode shape of the system by considering the geometric and inertia effects of viscoelastic layer, have been employed as comparison function in the process of the motion equation discretization. The discretized equation of motion is solved by the use of multiple scale method of perturbation theory and the results are compared with the results of numerical Runge-Kutta approach. The frequency response variations for different lengths and thicknesses of the viscoelastic layer have been founded. The results indicate that if a constant volume of viscoelastic layer is to be deposited on the micro beam for mass or gas sensor applications, then a modified configuration may be found by using the analysis of this paper.
마이크로미터 크기의 역학적 공진기의 제작과 그 공진 주파수 변화를 이용하여 질량 변화량을 측정하는 방법에 대해 연구 하였다. 공진기의 공진 주파수를 측정하기 위해서 레이저의 간섭효과를 이용한 광학적 측정법을 사용하였는데 이 방법은 나노미터 스케일의 변위까지 감지할 수 있을 정도로 매우 감도가 높은 측정법이다. 공진기는 압전 세라믹(piezo ceramic) 위에 원자현미경(atomic force microscope)의 캔티레버를 붙여서 만들었는데 이 방법은 압전판이 캔티레버의 공진 주파수로 진동할 때 캔티레버의 변위가 가장 크게 변화됨을 이용한 것이다. 또한, 전자 빔 증착기(e-beam evaporation system)를 사용하여 금을 캔티레버 위에 증착하여 질량을 변화시킨 후에 질량 변화량에 따른 공진주파수의 변화량을 측정하였다. 이 공진기는 질량센서의 역할을 수행할 수 있으며 수 마이크로그램을 감지할 수 있는 감도를 가짐을 확인하였다.
This paper describes the temperature characteristics of polycrystalline 3C-SiC micro resonators. The $1.2{\mu}m$ and $0.4{\mu}m$ thick polycrystalline 3C-SiC cantilever and doubly clamped beam resonators with $60{\sim}100{\mu}m$ lengths were fabricated using a surface micromachining technique. Polycrystalline 3C-SiC micro resonators were actuated by piezoelectric element and their fundamental resonance was measured by a laser vibrometer in vacuum at temperature range of $25{\sim}200^{\circ}C$. The TCF(Temperature Coefficient of Frequency) of 60, 80 and 100 On long cantilever resonators were -9.79, -7.72 and -8.0 ppm/$^{\circ}C$. On the other hand, TCF of 60, 80 and $100{\mu}m$ long doubly clamped beam resonators were -15.74, -12.55 and -8.35 ppm/$^{\circ}C$. Therefore, polycrystalline 3C-SiC resonators are suitable with RF MEMS devices and bio/chemical sensor applications in harsh environments.
The growth of the AR/VR market due to the advent of the 4th Industrial Revolution begins with the development of the display industry. The development of OLED and flexible displays is further accelerated by the development of R2R technology. Micro-processing technology using a fast tool servo (FTS), the core technology in R2R processes, is making technological progress in increasingly diverse ways. This paper proposes a method to develop an FTS for horizontal driving and presents this method through experiments and analyses. To develop a swing-type FTS based on a seesaw motion, a rotational moment hinge structure was designed for each type, and research was conducted to determine an effective design method. A cantilever-based swing-type FTS was developed in two variations: one with single-side hinges and another with dual-side hinges. The parameters in the design of the swing-type FTS are rotational moment, natural frequency, and material selection. In conclusion, an FTS with a single-side hinge demonstrates the high performance required for micro processing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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