Японские инженеры представили энергоэффективный CMOS-MEMS датчик давления с цифровым выходом

Группа японских исследователей из Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST) и ассоциации Minimal Fab продемонстрировала новый тип датчика давления, выполненного по технологии цифровой со-интеграции CMOS-MEMS. Презентация разработки состоялась на конференции IEEE Electron Devices Technology & Manufacturing (EDTM) в апреле 2020 года. Главной особенностью новинки является использование экономичного производственного процесса "minimal-fab", который снижает затраты при создании прототипов и мелкосерийном производстве .

Сердцем сенсора является КМОП-кольцевой генератор, расположенный на тонкой диэлектрической мембране. При изменении внешнего давления мембрана деформируется, вызывая пьезорезистивный эффект в продольных PMOS-транзисторах, входящих в состав генератора. Это приводит к изменению тока стока и, как следствие, к сдвигу частоты колебаний генератора. Экспериментальный образец показал изменение частоты примерно на 40 кГц при изменении давления от -40 до +40 кПа относительно атмосферного, что подтверждает высокую чувствительность и пригодность метода для точных измерений .

Исследователи отмечают, что полностью интегральная конструкция, где чувствительный элемент и схема обработки сигнала выполнены на одном кристалле, обеспечивает низкое энергопотребление. Это делает новый датчик идеальным кандидатом для использования в портативных системах Интернета вещей (IoT), датчиках для носимой электроники и распределенных сенсорных сетях. Цифровой выход (частота) упрощает сопряжение с микроконтроллерами и повышает помехоустойчивость сигнала по сравнению с аналоговыми решениями. Успешная демонстрация открывает путь к созданию недорогих, компактных и энергоэффективных датчиков для самого широкого спектра применений.