Основой большинства
микромеханических изделий является кремний. Кремний имеет прекрасные
механические свойства. Он прочнее стали и имеет очень высокую температуру
плавления. В последнее время появились полимерные и металлические
МЭМС-структуры, но пока они почти не применяются. Потому мы будем
рассматривать лишь кремниевые системы. В настоящее время
предпринимаются попытки объединения в одном микрочипе миниатюрной
механической конструкции и кремниевой электросхемы. Создать в одном
технологическом процессе одновременно микромеханическую конструкцию и
микросхему удается очень редко. Как правило, две части детали делают
в двух технологических процессах, после чего их
объединяют.
Механические датчики должны
давать электрический сигнал. Имеется лишь несколько механических
явлений, которые могут создать электрический сигнал:
• взаимное смещение двух частей
конструкции;
• резонансные колебания структуры.
Отметим, что смещения и
колебания могут возникать при изменении температуры или внешней нагрузки
(рис. 2.14). До сих пор все описанные в литературе микромеханические
датчики основаны лишь на этих двух явлениях, а именно на изменении
резонансной частоты или появлении электрического сигнала при смещении двух
частей измерительного элемента. Имеется два процесса, приводящих к
возникновению электрического сигнала. Первый состоит в изменении
электрического сопротивления термопары при изменении деформации или
температуры. Этот принцип широко используют в микромеханических датчиках
уже более 20 лет. Второй основан на изменении электрической емкости
двух параллельных плоскостей, одна из которых может перемещаться. В
некоторых ситуациях движение может быть обнаружено оптически, что
позволяет комбинировать тензодатчики и оптические волокна. Хотя этот метод
кажется привлекательным, на практике он применялся не слишком
широко.
