автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Измерительные цепи емкостных МЭМС-датчиков для ракетно-космической техники

г — ' ИСН

КАЛИНИН Михаил Александрович

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ЕМКОСТНЫХ МЭМС-ДАТЧИКОВ ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 3 ОЕБ 2011

ПЕНЗА 2010

4853699

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» на кафедре «Информационно-измерительная техника».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Мокрое Евгений Алексеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Буц Виктор Петрович; кандидат технических наук, доцент Когельман Лев Григорьевич.

Ведущая организация - Государственный ракетный центр имени

академика В. П. Макеева, г. Миасс Челябинской области.

Защита диссертации состоится 24 декабря 2010 г., в часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет», с авторефератом - на сайте www.pnzgu.ro.

Автореферат разослан «¿%» 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

профессор № Светлов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные достижения в материаловедении и технологиях микроэлектромеханики способствуют реализации инновационного прорыва, за которым стоят рынки сбыта датчиков на основе технологий микроэлектромеханических систем - от навигационных спутниковых систем СЬСЖАБЗ/СРЗ до систем управления движением изделий ракетно-космической техники (РКТ), маломерных подвижных объектов, транспортных средств и т.д. В мировом объеме производства МЭМС-устройств на долю емкостных МЭМС-датчиков различных физических величин приходится до 40 %.

Общим недостапсом большинства отечественных и зарубежных емкостных МЭМС-датчиков, основу которых составляет дифференциальный кремниевый микроконденсатор (ДКМ), является неудовлетворительная стабильность, ограничивающая возможности совершенствования метрологических характеристик (МХ) датчиков. Гипотезой, объясняющей наличие нестабильности, долгое время являлось предположение значимости влияния температурно-деформационного дрейфа места заделки подвижной пластины ДКМ. Попытки уменьшения указанной нестабильности известными в классических промышленных технологиях путями - снятием остаточных напряжений, уменьшением контактных деформаций и т.д. - не давали ощутимых положительных результатов. Толчком к поиску новых механизмов возникновения нестабильное™ параметров ДКМ как основного элемента МЭМС-датчиков явилось выявление ее зависимости от значения и полярности управляющего напряжения, подключаемого к подвижной пластине ДКМ. Это обстоятельство косвенным образом указывало на наличие в измерительной цепи (ИЦ) управляемых структур, возникающих из-за несовершенства электрофизических свойств монокристаллического кремния в процессе изготовления МЭМС-датчиков.

Исследованиям проблем оценки взаимосвязи качества МЭМС-датчиков и неидеальности электрофизических свойств полупроводников и диэлектриков посвящены работы И. А. Аверина, Пензенский государственный университет, г. Пенза; М. И. Горлова, А. В. Строганова, Е. А. Тутова, Воронежский государственный университет, г. Воронеж; В. А. Емельянова, НПО «Интеграл», г. Минск; Е. А. Мокро-ва, А. А. Папко, ОАО «НИИФИ», г. Пенза и др. Значительное число работ по исследованию ИЦ емкостных датчиков выполнено членами научной школы под руководством В. С. Гутникова А. И. Передовым,

V 1

\

Э. А. Кудряшовым. Однако приведенные в них результаты не позволяют разработать пути повышения стабильности ИЦ МЭМС-датчи-ков без дополнительных исследований и не обеспечивают высокой степени соответствия известных математических моделей и процессов, реально протекающих в ДКМ, и ограничивают возможности моделирования как одного из основных методов проектирования.

В этой связи актуальным является уточнение механизмов возникновения паразитных полупроводниковых структур в ДКМ, повышение адекватности математических моделей и разработка на их основе путей построения ИЦ для высокостабильных МЭМС-датчиков. Актуальность решаемых задач подтверждается включением исследований МЭМС-технологий в утвержденный перечень критических технологий Российской Федерации.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование ИЦ емкостных МЭМС-датчиков, обеспечивающих высокую стабильность за счет уменьшения негативного влияния паразитных полупроводниковых структур, возникающих при изготовлении кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ) в виде ДКМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать механизмы возникновения нестабильности параметров ДКМ, возникающих при их изготовлении, сформировать требования к ИЦ, позволяющие уменьшить влияние определенных механизмов на нестабильность МЭМС-датчиков;

- разработать математические модели поведения ДКМ и ИЦ, учитывающие влияние паразитных полупроводниковых структур в ДКМ;

- провести исследования путей повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков на примере акселерометров с применением ИЦ уменьшающих влияние паразитных полупроводниковых структур в ДКМ;

- подтвердить экспериментально результаты теоретических исследований и разработать ИЦ МЭМС-датчиков повышенной стабильности.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы теории измерительных цепей уравновешивания, теории систем автоматического регулирования, физики полупроводников, теории переноса зарядов, теории динамических измерений, математического моделирования, микрозондовые методы анализа электрофизических свойств кремния.

Научная новизна.

1 Уточнены механизмы возникновения паразитных полупроводниковых структур в ДКМ и установлено, что по влиянию на неизменность пространственного положения подвижной пластины и стабильность начальных значений емкостей наиболее значимыми являются структуры «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП).

2 Выявлено, что релаксация медленных поверхностных состояний на подвижной пластине ДКМ под воздействием подключенных к ней электрических сигналов приводит к увеличению нестабильности их параметров и датчиков на основе ДКМ.

3 Предложена новая модель электрической схемы ДКМ в виде последовательного соединения измерительных конденсаторов с конденсаторами эквивалентной емкости МДП-структуры, изменяющейся со временем релаксации медленных поверхностных состояний, позволившая уточнить математические модели ИЦ и впервые обеспечить возможность проведения сравнительных оценок нестабильности параметров функций преобразования МЭМС-акселерометров.

4 Установлено, что наличие в ДКМ паразитных МДП-структур приводит к появлению эффекта возникновения положительной обратной связи в течение времени релаксации зарядов в цепях электростатического уравновешивания пространственного положения подвижной пластины.

Практическая значимость.

1 Предложены пути уменьшения негативного влияния паразитных МДП-структур, возникающих при изготовлении ЧЭ в виде ДКМ целого класса емкостных МЭМС-датчиков на основе кремния - акселерометров, датчиков давления и т.д.

2 Разработан новый метод контроля искажения информационного сигнала в ИЦ на основе оценки разности потенциалов на металлизированных электрических контактах и поверхностях кремниевых пластин ДКМ, позволяющий повысить качество и снизить трудоемкость изготовления на первоначальных стадиях.

3 Разработана методика оценки уровня собственных шумов ИЦ МЭМС-акселерометров.

4 Предложены усовершенствованные ИЦ для построения МЭМС-акселерометров с повышенной стабильностью.

На защиту выносятся:

1) результаты исследования механизмов возникновения нестабильности ДКМ и математические модели ИЦ, позволяющие сформулировать новые пути совершенствования МЭМС-датчиков;

2) метод контроля искажения информационного сигнала в ДКМ на первоначальных стадиях их изготовления;

3) метод сравнительной оценки стабильности ИЦ на основе вычисления приведенного функционала от квадратичного изменения параметров функции преобразования, учитывающих нестабильность параметров ДКМ в установленном интервале времени;

4) результаты экспериментального определения нестабильности и уровня собственных шумов ИЦ МЭМС-датчиков;

5) конструкгорско-технологические и схемотехнические решения ИЦ МЭМС-датчиков для изделий PKT.

Реализация и внедрение результатов работы.

1 Результаты проведенных научных исследований послужили основой для доработки ИЦ существующих емкостных акселерометров (AJIE 049, AJIE 050) и разработки нового поколения акселерометров с улучшенной стабильностью MX (АЛЕ 056, АЛЕ 058, АЛЕ 058М) для исследования параметров движения летательных аппаратов.

2 Акселерометры АЛЕ 049, АЛЕ 050 внедрены на изделиях РКТ «Синева», «Булава», «Тополь-М», «МКС», «Союз», «Протон».

Результаты настоящей работы в виде математических моделей ДКМ, теоретических и экспериментальных методов исследования и сравнения ИЦ используются при разработке датчиков в рамках Федеральной целевой программы (ФЦП) «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 2004, 2007, 2008); Ш Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (г. Пенза, 2004); Международной научно-технической конференции «Датчики и системы» (г. Пенза, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Создание и развитие датчи-

ков доя систем измерения, контроля, управления и диагностики». Датчики и системы - 2006 (г. Москва, 2006); 1-й Российской мультиконферен-ции по проблемам управления (г. Санкт-Петербург, 2006); ХХШ, XXIV, XXV и XXVI Российских научно-технических конференциях «Наукоемкие проекты и высокие технологии - производству 21 века» (г. Пенза, 2004, 2005, 2006 и 2007); Региональной научно-практической конференции по проблемам и развитию наноиндустрии в Пензенской области (г. Пенза, 2008); конференции Десятого международного форума «Высокие технологии XXI века» (г. Москва, 2009); VIII Научно-технической конференции «Микротехнологии в космосе» (г. Москва, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе одна печатная работа в журнале, рекомендованном ВАК, 7 печатных работ без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 127 листах. Список литературы включает 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы, показана научная новизна полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что ЧЭ емкостных МЭМС-датчиков представляют собой дифференциальный кремниевый микроковденсатор, конструктивно-технологические характеристики которого определяют большинство MX датчиков. По результатам исследования современного состояния разработок емкостных МЭМС-датчиков, в первую очередь акселерометров, определены специфические особенности использования в них ДКМ. Они заключаются в динамическом режиме работы, а также в наличии взаимосвязи между параметрами ДКМ и значениями электрических напряжений, подключаемых к его пластинам.

Показано, что физические явления, сопровождающие внедрение новых технологий в процессы создания реальных конструкций, исследованы недостаточно полно, что приводит к ухудшению потребительских качеств отечественных МЭМС-датчиков, значительно сокращая сферы их применения.

На основе проведенного в главе анализа сформулированы основные задачи дальнейших исследований, направленные на поиск путей построения ИЦ емкостных МЭМС-датчиков для повышения их стабильности.

Вторая глава посвящена исследованию влияния реальных электрофизических свойств кремния на процессы переноса заряда в ИЦ датчиков и на длительность установления выходного сигнала. Определено, что из-за неизбежного образования естественной пленки диоксида кремния БЮг на поверхностях кремниевых кристаллов в процессе межоперационного хранения ДКМ наиболее распространенными паразитными структурами являются структуры МДП, негативное действие которых проявляет себя лишь при включении ДКМ в ИЦ. Исследования показали, что наличие медленных поверхностных состояний в конструкциях ДКМ приводит к нестабильности скорости переноса зарядов и искажениям информационных сигналов в ИЦ и вследствие этого к нестабильности выходного сигнала датчика. В связи с тем, что паразитные МДП-струюуры находятся в электрическом взаимодействии с измерительными емкостями датчика перемещения и обратного преобразователя, исследование их поведения известными методами, например методом вольт-фарадной характеристики, приводит к неудовлетворительным результатам.

В работе предложен метод контроля искажения информационного сигнала в ДКМ, основанный на оценке точности передачи напряжения постоянного тока с металлизированной контактной площадки на поверхность кристалла ДКМ (рисунок 1). Значения напряжений, полученные в результате измерения двумя вольтметрами, должны быть одинаковыми. Выявление экспоненциального характера различий в показаниях двух вольтметров, свидетельствует о возникновении в электрической цепи зарядных явлений и наличии в ней управляемых паразитных МДП-структур. Предложенный метод отличается высокой эффективностью выявления паразитных МДП-структур на ранних стадиях изготовления ДКМ.

Рисунок 1 - Метод контроля качества кристалла ДКМ

Предложена эквивалентная электрическая схема ДКМ в виде последовательного соединения измерительных конденсаторов (Сц и С22) и конденсаторов с управляемой емкостью паразитной МДП-

структуры Сд »о(1-е т)> где Ст - значение емкости в момент включения питающего напряжения ( = т - постоянная времени зарядных явлений в паразитной МДП-структуре (рисунок 2). Таким образом, емкости ДКМ могут быть представлены в следующем ви-_ сис0 п _ С22С0

де:

С, =■

^22 + ^Ъ

. Значения емкостей управляемой

Сп+Сп

МДП-структуры для упрощения моделирования приняты равными 0)1 « Ср2 = Сд.

с„

/

'02

/

Рисунок 2 - Эквивалентная электрическая схема ДКМ

Такое представление емкостей ДКМ позволило уточнить математические модели функций преобразования наиболее распространенных ИЦ и структур построения акселерометров. Результаты моделирования представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты моделирования ИД емкостных МЭМС-датчиков

Порядковый номер, название ИЦ или структуры построения и приведенный функционал

1 ИЦ с дифференциально-логометрическим включением ДКМ

С2

Цй)л

т

/2

А,

Об**

Х1(0=(СП-С22)2 I

'о

ё/ = шт

2 ИЦ со статическим уравновешиванием

л?

соо

1-е х

V_¿_

Г Л Г Л

1-е т Ог +О)0 1-е *

V у' ч ^

С учетом основных положений теории оптимального синтеза предложен метод сравнительной оценки стабильности параметров ИЦ с применением критерия в виде минимального значения функционала в установленном интервале времени:

'о

Цшх('о)

1-

Ц»ых(0 ^вых('о).

(1? = тт,

где С/ВЬК(Г0) и ивьк(() - выходной сигнал акселерометра через установленный промежуток времени и в момент включения питания /о-В таблице 1 приведены результаты вычисления приведенного функционала для наиболее распространенных ИЦ МЭМС-датчиков.

Результаты сравнения значений функционала подтверждают предположение о нецелесообразности построения ИЦ высокостабильных МЭМС-датчиков по структуре статического уравновешивания. Подтвержден вывод о возможности повышения стабильности МЭМС-датчиков в случае применения структуры с импульсным уравновешиванием зарядов.

В третьей главе представлены результаты исследования ИЦ на основе методов импульсного уравновешивания зарядов и сил. Показано, что нестабильность параметров ДКМ может быть представлена в виде фли-кер-шума. Для определения достижимых МХ МЭМС-датчиков по уровню выходного шума разработана комплексная частотная характеристика (КЧХ) ИЦ с импульсным уравновешиванием зарядов, содержащая описание приведенного к входу источника фликер-шума. На основе известных соотношений между КЧХ, параметрами входного шума и выходного сигнала ИЦ получена модель спектральной плотности мощности выходного сигнала Бу (со) как функции параметров импульсного режима ИЦ в

частотном диапазоне измерений:

2

хо

1

1 + Усо7о

с - тсо2 + ]Ъаз ] + /щ^Ь N

4т,

1 + у'ЮТ]

(1)

где Гх - воздействующая сила (при моделировании значение принимается постоянным во времени и не равным нулю); т - масса инерционного элемента; х0 - начальный зазор между обкладками ДКМ; Е - опорное напряжение; /г - абсолютный коэффициент демп-

фирования; с - механическая жесткость подвеса инерционного элемента; со - 2я/ - текущее значение круговой частоты изменения емко-

Сп С

стей ДКМ; Т0 - период дискретизации; N=4——; (С0 =(1/С\ +1/С2)-1;

Q Q

Сз, С5 - емкости конденсаторов в обратной связи предварительного усилителя и интегратора соответственно; Q - переключаемый конденсатор, подключенный к входу интегратора); х\ - постоянная времени источника фликер-шума. Постоянная времени ц определяется по частоте среза КЧХ шумового процесса.

На рисунке 3 представлены результаты моделирования спектральной плотности мощности выходного сигнала акселерометра в соответствии с формулой (1).

щ___

0.01--

1Ю~6

■ МО " -1-1----' гг„

0 500 1000 1500 2000 Лг«

Рисунок 3 - График зависимости спектральной плотности мощности выходного сигнала акселерометра от частоты изменения измеряемого сигнала

Как следует из рисунка 3, значение спектральной плотности мощности выходного сигнала акселерометра уменьшается с увеличением частоты изменения измеряемого сигнала и влиянием фликер-шума можно пренебречь при частотах 1...2 кГц.

Использование метода импульсного уравновешивания зарядов для совершенствования ИЦ акселерометров АЛЕ 049, доработка которых проведена с непосредственным участием автора, подтвердило

ожидаемые возможности по улучшению шумовых характеристик и повышению стабильности.

Отмечено, что, несмотря на перспективность применения метода импульсного уравновешивания зарядов в ИЦ акселерометров, его основным недостатком является то, что механическая колебательная система в них не охвачена электромеханической обратной связью, а динамические характеристики могут регулироваться только дискретно - изменением степени газового демпфирования и собственной частоты подвеса.

Теоретически и экспериментально подтверждено, что отмеченные недостатки могут быть устранены в ИЦ с импульсным уравновешиванием сил при использовании структуры нелинейной системы автоматического регулирования (рисунок 4).

^р - измеряемая и компенсируемая силы; м - масса подвижной пластины ДКМ; р — оператор Лапласа; /г - абсолютный коэффициент демпфирования; с - механическая жесткость упругих подвесов ДКМ; Кс, Ку, Р - коэффициенты преобразования датчика перемещения, оконечного усилителя и обратного преобразователя; ЛА) - передаточная функция нелинейного элемента; т - постоянная времени, отражающая инерционность элементов цепи прямого преобразования

Рисунок 4 - Структурная схема ИЦ с импульсным уравновешиванием сип

Отличительной особенностью таких систем является наличие в них установившегося процесса в виде автоколебаний или устойчивых собственных колебаний при отсутствии внешних воздействий. Исследованы особенности построения ИЦ на основе нелинейной системы первого порядка с нелинейным элементом, имеющим гисте-резисную характеристику. Методом гармонического баланса опре-

делены зависимости амплитуды А и частоты автоколебаний аА от обобщенных параметров ИЦ датчика - собственной частоты Шо и

И

относительного коэффициента демпфирования В =-. Для

2т(й0

структурной схемы ИЦ, приведенной на рисунке 4, они могут быть определены по формулам

2Рщ

ю а = -Т7

АВ

л

А ®0

Щ

где В - амплитуда выходного сигнала нелинейного элемента.

Определено, что информативным сигналом на выходе нелинейного элемента является смещение нуля, позволяющее преобразовать амплшуду автоколебаний в импульсный сигнал.

Согласно рисунку 4 спектральная плотность шума выходного сигнала акселерометра как функция КЧХ может быть записана в виде:

■* Г

1 +

СО

со

+ ./2£>—

СОп

(1 + усот)

4т,

1 + усох,

График зависимости спектральной плотности мощности выходного сигнала ИЦ от частоты в соответствии с полученным равенством при различных значениях амплитуды А сигнала на входе нелинейного элемента представлен на рисунке 5.

- А = 0,1 В

----А = 0,9 В

••• А = 0,01 В

Рисунок 5 - График зависимости спектральной плотности мощности выходного сигнала ИЦ МЭМС-датчика с импульсным уравновешиванием сил от частоты модуляции

Анализ полученной зависимости позволяет утверждать, что влиянием фликер-шума можно пренебречь при частотах изменения измеряемого ускорения 1 ...2 кГц.

Таким образом, реализация импульсного уравновешивания в акселерометре позволяет обеспечить переход от статического к импульсному уравновешиванию сил, обеспечивающему уменьшение чувствительности к фликер-шумам и, соответственно, снижение нестабильности ИЦ МЭМС-датчиков, вызванной шумовыми процессами в ДКМ.

Определено, что применение импульсных методов уравновешивания зарядов и сил в ИЦ МЭМС-датчиков не позволяет решить задачу исключения нестабильности в полной мере. Показано, что процесс импульсного уравновешивания кроме тактов, имеющих непосредственное отношение к измерению, должен содержать такты, обеспечивающие обнуление зарядов, вызванных влиянием смещения нуля функциональных узлов структуры и остаточных зарядов в емкостях ДКМ. Экспериментально подтверждено, что стабильное состояние ДКМ устанавливается после периодического подключения к кремниевой пластине серии

высокочастотных прямоугольных импульсов в течение 1/8-1/9 длительности импульса уравновешивания.

Результаты проведенного исследования показали, что для повышения стабильности МЭМС-датчиков необходимо создание специальных условий, позволяющих уменьшить влияние паразитных полупроводниковых структур в ДКМ на изменение его электрических емкостей. Такие условия могут быть выполнены при введении в ИЦ дополнительных сигналов, воспроизводящих силы неэлектростатического происхождения, например импульсные сигналы.

В четвертой главе представлены результаты внедрения и экспериментального подтверждения основных научных положений диссертационной работы на примере разработок акселерометров типа АЛЕ 056 и АЛЕ 058 (рисунок 6). Акселерометр АЛЕ 058 состоит из ДКМ, двух печатных плат со СБИС (сверхбольшой интегральной схемой) измерительного канала с четырехтактным уравновешиванием и внешними электронными компонентами, регулирующими диапазоны измерений, объединенных в металлическом корпусе.

ДКМ представленных МЭМС-акселерометров содержит подвес осевого типа из кремния «-типа и двух емкостных обкладок, образованных напылением алюминия на стеклянных пластинах.

В структуре СБИС предусмотрены четыре такта для каждого цикла измерений: первый такт - формирование пачки импульсов с фронтами менее 1 мкс для увеличения скорости релаксации зарядов медленных поверхностных состояний; второй такт - обнуление зарядов на выходе усилителя заряда; третий такт - формирование опорных зарядов; четвертый такт - заряд ДКМ выходным сигналом цепи. Отработка и оптимизация схемы СБИС и конструкции ДКМ проводились с использованием предложенного в настоящей работе критерия оптимизации выбора в виде минимального значения функционала.

Применение ИЦ на переключаемых конденсаторах, реализующей импульсное уравновешивание зарядов, и использование кремния »-типа в качестве конструкционного материала позволило улучшить стабильность акселерометров. Экспериментально подтверждено, что нестабильность выходного сигнала вновь разработанных акселерометров АЛЕ 056, АЛЕ 058 по сравнению с известными акселерометрами АЛЕ 049, АЛЕ 050 до их доработки уменьшена в 3-5 раз, что свидетельствует о решении основной задачи диссертационной работы (рисунок 7).

б)

а - фотография акселерометра АЛЕ 056; б - фотография деталей акселерометра АЛЕ 058 Рисунок 6 - Фотографии разработанных МЭМС-акселерометров

Акселерометр АЛЕ 056 является конструктивной разновидностью акселерометра АЛЕ 058, дополняющей номенклатуру разрабатываемых акселерометров трехкомпонентными конструкциями, получившими широкое распространение в навигационных системах различного назначения.

Экспериментальные исследования акселерометров подтвердили эффективность применения указанного критерия и возможность повышения стабильности за счет применения импульсного уравновешивания зарядов.

Разработана методика экспериментальной оценки уровня собственных шумов ИЦ, использование которой позволило установить, что собственные шумы разработанных акселерометров не превышают 1О^1 м-с~2, что на порядок лучше известных характеристик отечественных и зарубежных МЭМС-акселерометров.

а, м с'2

Кривая 1 - нестабильность акселерометра типа АЛЕ 049; кривая 2 - нестабильность акселерометра типа АЛЕ 056 на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов;

кривая 3 - нестабильность акселерометра АЛЕ 058 на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов; кривая 4 - нестабильность акселерометра АЛЕ 058М с импульсным уравновешиванием сил Рисунок 7 - Нестабильность разработанных МЭМС-акселерометров в сравнении с акселерометром типа АЛЕ 049

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Исследованы источники нестабильности ИЦ емкостных МЭМС-датчиков, ограничивающие возможности совершенствования их MX.

2 Теоретически исследованы и идентифицированы механизмы возникновения паразитных полупроводниковых структур в приповерхностных областях конструкций ДКМ, а также выявлено, что наличие оксидных пленок и медленных поверхностных состояний приводит к уменьшению скорости переноса зарядов в ИЦ и к увеличению нестабильности МЭМС-датчиков. Установлено, что наиболее значимое влияние на скорости переноса зарядов оказывают паразитные МДП-структурьг.

3 Разработана математическая модель влияния паразитных МДП-струюур на стабильность МЭМС-датчиков, описывающая эквивалентную электрическую схему из последовательно соединенных конденсаторов с управляемыми емкостями структуры и измерительных ДКМ, использование этой модели для уточнения известных моделей

метрологических характеристик МЭМС-датчиков позволило разработать пути их совершенствования.

4 Предложен метод контроля искажения информационного сигнала в ДКМ, позволяющий выявлять наличие паразитных МДП-струк-тур на ранних стадиях изготовления ДКМ.

5 Разработан метод сравнительной оценки стабильности параметров ИЦ на основе вычисления приведенного функционала от квадратичного изменения параметров функции преобразования МЭМС-датчика, учитывающих нестабильность параметров ДКМ в установленном интервале времени, применение этого метода позволило обосновать целесообразность использования структур импульсного уравновешивания зарядов и сил для увеличения стабильности в несколько раз.

6 Экспериментально подтверждено, что для вновь разработанных МЭМС-акселерометров АЛЕ 056, АЛЕ 058 улучшены стабильность выходного сигнала в 3-5 раз, уровень собственных шумов - в 10-15 раз относительно аналогичных характеристик известных МЭМС-датчиков. Разработан экспериментальный образец акселерометра АЛЕ 058М, исследования которого подтвердили ожидаемое повышение стабильности выходного сигнала не менее чем в три раза.

7 Результаты диссертационной работы внедрены в разработки образцов акселерометров для систем управления и контроля изделий PKT.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК

1 Калинин, М. А. О компенсации температурного ухода коэффициента преобразования акселерометра / М. А. Калинин // Датчики и системы. - 2004. - № 2. - С. 33-34.

Публикации в других изданиях

2 Калинин, М. А.- Линейные акселерометры «НИИ физических измерений» - следящие автоматические системы / А. А. Папко, В. Н. Кол-ганов, И. В. Кирянина, М. А. Калинин, А. П. Наумов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : тр. междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: йнформ.-изд. центр 111 У, 2004. - С. 125-127.

3 Калинин, М. А. Система ограничения грузоподъемности на основе датчиков угла наклона и силы / В. Н. Колганов, А. А. Папко, А. Л. Шамраков, М. А. Калинин // Проблемы качества и эксплуата-

ции автотранспортных средств : материалы III междунар. науч.-техн. конф.-Пенза : ПГУАС, 2004,-4.1.-С. 50-52.

4 Калинин, М. А. Особенности методики определения коэффициента преобразования акселерометра АЛЕ 055 / М. А. Калинин // Датчики и системы «ДиС - 2005»: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : НИИФИ, 2005. - С. 413.

5 Калинин, М. А. О путях совершенствования метрологических характеристик прецизионных низкочастотных акселерометров / Е. А. Мокрое, А. А. Папко, В. Н. Колганов, М. А. Калинин // Датчики и системы-2006 : сб. тр. всерос. науч.-практ. конф. - Пенза : НИИФИ, 2006. -С. 67-71.

6 Калинин, М. А. Об исследовании шумовых характеристик высокочувствительных пьезоэлектрических акселерометров / М. А. Калинин // Датчики и системы - 2006 : сб. докл. XXV Рос. науч.-практ. конф. - Пенза : НИИФИ, 2006. - С. 76-77.

7 Комплексная математическая конечно-элементная модель микромеханического акселерометра с учетом температурных воздействий и динамических эффектов / М. А. Барулина, В. Э. Джашитов, В. М. Панкратов, А. А. Папко, М. А. Калинин // Чувствительные элементы систем навигации и управления : сб. тр. 1-й Рос. науч.-практ. конф. - СПб., 2006.-С. 101-107.

8 Калинин, М. А. О механизмах возникновения и путях уменьшения влияния фликер-шумов на метрологические характеристики микромеханических акселерометров / Е. А. Мокров, А. А. Папко, М. А. Калинин // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : тр. междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Информ.-изд. центр ПГУ, 2007. - С. 52-56.

9 Калинин, М. А. Дрейф метрологических характеристик акселерометров / М. А. Калинин // Мир измерений. - 2007. - № 12. - С. 41- 45.

10 Калинин, М. А. О результатах внедрения технологий микромеханики в разработки акселерометров ФГУП «НИИ физических измерений» / М. А. Калинин, В. В. Алексеева // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : тр. междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Информ.-изд. центр ПГУ, 2008. - С. 91-97.

11 Калинин, М. А. Об особенностях переноса зарядов в кремниевых конструкциях микро- и наноакселерометров / Е. А. Мокров, А. А. Папко, М. А. Калинин // Сборник докладов Российской научно-практиче-

ской конференции по проблемам и развитию наноиндустрии в Пензенской области. - Пенза, 2008. - С. 58-69.

12 Калинин, М. А. Оценка чувствительности виброакселерометра к воздействию случайных помех / Е. А. Мокров, А. А. Папко, М. А. Калинин // Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий : тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов н/Д : Изд-во Ростов, пед. ун-та, 2008. - С. 128-131.

13 Калинин, М. А. Об особенностях внедрения микро- и нанотехнологий в разработках МЭМС-акселерометров ФГУП «НИИ физических измерений» / Е. А. Мокров, А. А. Папко, М. А. Калинин // Высокие технологии XXI века : материалы конф. Десятого междунар. форума. - М.: ЗАО НПКФ «МаВР», 2009. - С. 403-412.

14 Калинин, М. А. Состояние и перспективы развития МЭМС-аксе-леромегров, магнитометров и гироскопов военного и двойного назначения / Е. А. Мокров, А. А. Папко, М. А. Калинин // Перспективные системы и задачи управления : тез. докл. Четвертой всерос. науч.-пракг. конф. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 40-41.

15 О проблемах создания и совершенствования микро- и наноаксе-лерометров в ОАО «НИИ физических измерений» / Е. А. Мокров,

A. А. Папко, М. А. Калинин, В. В. Алексеева // Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, нано-электроники : тр. II Всерос. науч.-техн. конф. - Пенза, 2009. - С. 9-12.

16 Пути повышения разрешающей способности и стабильности метрологических характеристик акселерометров для РКТ и сейсмомо-ниторинга / А. А. Папко, М. А. Калинин, И. В. Кирянина, С. В. Шеп-талина // Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий : тез. докл. III Всерос. науч.-техн. конф. (1-3 июня 2010 г., Москва) [Электронный ресурс]. - М.: Радиотехника, 2010. - CDR 863. - С. 627.

17 Об оптимизации структур построения микромеханических акселерометров на основе моделирования влияния паразитных МДП-структур в информационных целях / А. А. Папко, М. А. Калинин,

B. В. Алексеева // Программа VIII научно-технической конференции «Микротехнологии в космосе» с международным участием (6-7 окт. 2010 г., Москва): тез. докл. - М.: ОАО «РКС», 2010. - С. 38-39.

Научное издание

Калшшн Михаил Александрович

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ЕМКОСТНЫХ МЭМС-ДАТЧИКОВ ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)

Редактор Е. П. Мухина Корректор Ж. А. Лубепцова Компьютерна» верстка С. В. Де/шсосой

Подписано в печать 22.11.10. Формат 60x84^/16. Усл. псч. л. 1,16. Тираж 100. Заказ № 718 .

Издательство ПГУ 440026, Пенза, Красная, 40.

Список сокращений и обозначений.

Введение.

1 Состояние разработок емкостных МЭМС-датчиков и измерительных цепей для них.

1.1 Состояние разработок емкостных МЭМС-датчиков. 12 Дифференциальный кремниевый микроконденсатор - основной элемент конструкции МЭМС-датчика.

1.2 Основные проблемы развития емкостных МЭМС-датчиков и измерительных цепей для них.

1.3 Измерительные цепи МЭМС-датчиков.

1.4 Приоритетные направления совершенствования емкостных МЭМС-датчиков.

Выводы и задачи дальнейших исследований.

2 Исследование конструктивно-технологических методов повышения стабильности измерительных цепей емкостных МЭМС-датчиков.

2.1 Исследование технологических проблем совершенствования емкостных МЭМС-датчиков.

2.2 Исследования температурно-деформационной нестабильности смещения нуля измерительных цепей емкостных

МЭМС-датчиков.

2.3 Исследование механизмов влияния полупроводниковых свойств кремния на нестабильность емкостных МЭМС-датчиков.

2.4 Исследование возможности оптимизации выбора известных измерительных цепей для построения высокостабильных емкостных МЭМС-датчиков.

Выводы.

3 Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет реализации измерительных цепей на основе схем импульсного уравновешивания.

3.1 Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет построения измерительной цепи на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов.

3.2 Исследование возможности повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков за счет реализации измерительной цепи на основе схем импульсного уравновешивания сил.

3.3 Исследование и разработка методов стабилизации зарядового состояния в дифференциальном кремниевом микроконденсаторе МЭМС-датчика.

Выводы.

4 Экспериментальные исследования разработанных МЭМС-акселерометров на основе реализации режимов импульсного уравновешивания в измерительных цепях.

4.1 МЭМС-акселерометр с измерительной цепью на основе схемы с импульсным уравновешиванием зарядов.

4.2 МЭМС-акселерометр с измерительной цепью на основе импульсного уравновешивания.

4.3 Экспериментальные исследования уровня собственных шумов разработанных МЭМС-акселерометров.

4.4 Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований.

Выводы.

Современные достижения в материаловедении и технологиях микроэлектромеханики способствуют реализации инновационного прорыва, за которым стоят рынки сбыта датчиков на основе технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС) - от навигационных спутниковых систем ОЬОМЛ88/ОР8 до систем управления движением изделий ракетно-космической техники (РКТ), маломерных подвижных объектов, транспортных средств и т.д. В мировом объеме производства МЭМС-устройств на долю емкостных МЭМС-датчиков различных физических величин приходится до 40 %.

Общим недостатком большинства отечественных и зарубежных емкостных МЭМС-датчиков, основу которых составляет дифференциальный кремниевый микроконденсатор (ДКМ), является неудовлетворительная стабильность, ограничивающая возможности совершенствования метрологических характеристик (МХ) датчиков. Гипотезой, объясняющей наличие нестабильности, долгое время являлось предположение значимости влияния температурно-де-формационного дрейфа места заделки подвижной пластины ДКМ. Попытки уменьшения указанной нестабильности известными в классических промышленных технологиях путями - снятием остаточных напряжений, уменьшением контактных деформаций и т.д. - не давали ощутимых положительных результатов. Толчком к поиску новых механизмов возникновения нестабильности параметров ДКМ как основного элемента МЭМС-датчиков явилось выявление ее зависимости от значения и полярности управляющего напряжения, подключаемого к подвижной пластине ДКМ. Это обстоятельство косвенным образом указывало на наличие в измерительной цепи (ИЦ) управляемых структур, возникающих из-за несовершенства электрофизических свойств монокристаллического кремния в процессе изготовления МЭМС-датчиков.

Исследованиям проблем оценки взаимосвязи качества МЭМС-датчиков и неидеальности электрофизических свойств полупроводников и диэлектриков посвящены работы И. А. Аверина, Пензенский государственный университет, г. Пенза; М. И. Горлова, А. В. Строганова, Е. А. Тутова, Воронежский государственный университет, г. Воронеж; В. А. Емельянова, НПО «Интеграл», г. Минск; Е. А. Мокрова, А. А. Папко, ОАО «НИИФИ», г. Пенза и др. Значительное число работ по исследованию ИЦ емкостных датчиков выполнено членами научной школы под руководством В. С. Гутникова А. И. Чередовым, Э. А. Кудряшовым. Однако приведенные в них результаты не позволяют разработать пути повышения стабильности ИЦ МЭМС-датчиков без дополнительных исследований и не обеспечивают высокой степени соответствия известных математических моделей и процессов, реально протекающих в ДКМ, и ограничивают возможности моделирования как одного из основных методов проектирования.

В этой связи актуальным является уточнение механизмов возникновения паразитных полупроводниковых структур в ДКМ, повышение адекватности математических моделей и разработка на их основе путей построения ИЦ для высокостабильных МЭМС-датчиков. Актуальность решаемых задач подтверждается включением исследований МЭМС-технологий в утвержденный перечень критических технологий Российской Федерации.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование ИЦ емкостных МЭМС-датчиков, обеспечивающих высокую стабильность за счет уменьшения негативного влияния паразитных полупроводниковых структур, возникающих при изготовлении кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ) в виде ДКМ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать механизмы возникновения нестабильности параметров ДКМ, возникающих при их изготовлении, сформировать требования к ИЦ, позволяющие уменьшить влияние определенных механизмов на нестабильность МЭМС-датчиков;

- разработать математические модели поведения ДКМ и ИЦ, учитывающие влияние паразитных полупроводниковых структур в ДКМ;

- провести исследования путей повышения стабильности емкостных МЭМС-датчиков на примере акселерометров с применением ИЦ, уменьшающих влияние паразитных полупроводниковых структур в ДКМ;

- подтвердить экспериментально результаты теоретических исследований и разработать ИЦ МЭМС-датчиков повышенной стабильности.

Научная новизна.

1 Уточнены механизмы возникновения паразитных полупроводниковых структур в ДКМ и установлено, что по влиянию на неизменность пространственного положения подвижной пластины и стабильность начальных значений емкостей наиболее значимыми являются структуры «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП).

2 Выявлено, что релаксация медленных поверхностных состояний на подвижной пластине ДКМ под воздействием подключенных к ней электрических сигналов приводит к увеличению нестабильности их параметров и датчиков на основе ДКМ.

3 Предложена новая модель электрической схемы ДКМ в виде последовательного соединения измерительных конденсаторов с конденсаторами эквивалентной емкости МДП-структуры, изменяющейся со временем релаксации медленных поверхностных состояний, позволившая уточнить математические модели ИЦ и впервые обеспечить возможность проведения сравнительных оценок нестабильности параметров функций преобразования (ФП) МЭМС-акселерометров.

4 Установлено, что наличие в ДКМ паразитных МДП-структур приводит к появлению эффекта возникновеиия положительной обратной связи в течение времени релаксации зарядов в цепях электростатического уравновешивания пространственного положения подвижной пластины.

Практическая значимость.

1 Предложены пути уменьшения негативного влияния паразитных МДП-структур, возникающих при изготовлении ЧЭ в виде ДКМ целого класса емкостных МЭМС-датчиков на основе кремния - акселерометров, датчиков давления и т.д.

2 Разработан новый метод контроля искажения информационного сигнала в ИЦ на основе оценки разности потенциалов на металлизированных электрических контактах и поверхностях кремниевых пластин ДКМ, позволяющий повысить качество и снизить трудоемкость изготовления на первоначальных стадиях.

3 Разработана методика оценки уровня собственных шумов ИЦ МЭМС-акселерометров.

4 Предложены усовершенствованные ИЦ для построения МЭМС-акселерометров с повышенной стабильностью.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы теории измерительных цепей уравновешивания, теории систем автоматического регулирования, физики полупроводников, теории переноса зарядов, теории динамических измерений, математического моделирования, микрозондовые методы анализа электрофизических свойств кремния.

Достоверность результатов подтверждается:

- математическим анализом гипотез и подтверждением полученных теоретических выводов экспериментальными исследованиями вновь созданных образцов акселерометров с применением эталонных средств воспроизведения ускорений и современной исследовательской аппаратуры;

- объяснением полученных результатов простыми средствами и их согласованностью с исходными принципами уточняемой теории и с основными научными положениями физики, метрологии и теории цепей.

На защиту выносятся:

1) результаты исследования механизмов возникновения нестабильности ДКМ и математические модели ИЦ, позволяющие сформулировать новые пути совершенствования МЭМС-датчиков;

2) метод контроля искажения информационного сигнала в ДКМ на первоначальных стадиях их изготовления;

3) метод сравнительной оценки стабильности ИЦ на основе вычисления приведенного функционала от квадратичного изменения параметров функции преобразования, учитывающих нестабильность параметров ДКМ в установленном интервале времени;

4) результаты экспериментального определения нестабильности и уровня собственных шумов ИЦ МЭМС-датчиков;

5) конструкторско-технологические и схемотехнические решения ИЦ МЭМС-датчиков для изделий PKT.

Реализация и внедрение результатов работы.

1 Результаты проведенных научных исследований послужили основой для доработки ИЦ существующих емкостных акселерометров (АЛЕ 049, АЛЕ 050) и разработки нового поколения акселерометров с улучшенной стабильностью MX (АЛЕ 056, АЛЕ 058, АЛЕ 058М) для исследования параметров движения летательных аппаратов.

2 Акселерометры АЛЕ 049, АЛЕ 050 внедрены на изделиях РКТ «Синева», «Булава», «Тополь-М», «МКС», «Союз», «Протон».

Результаты настоящей работы в виде математических моделей ДКМ, теоретических и экспериментальных методов исследования и сравнения

ИЦ используются при разработке датчиков в рамках Федеральной целевой программы (ФЦП) «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы» и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Исследованы источники нестабильности ИЦ емкостных МЭМС-датчиков, ограничивающие возможности совершенствования их МХ.

2 Теоретически исследованы и идентифицированы механизмы возникновения паразитных полупроводниковых структур в приповерхностных областях конструкций ДКМ, а также выявлено, что наличие оксидных пленок и медленных поверхностных состояний приводит к уменьшению скорости переноса зарядов в ИЦ и к увеличению нестабильности МЭМС-датчиков. Установлено, что наиболее значимое влияние на скорости переноса зарядов оказывают паразитные МДП-структуры.

3 Разработана математическая модель влияния паразитных МДП-структур на стабильность МЭМС-датчиков, описывающая эквивалентную электрическую схему из последовательно соединенных конденсаторов с управляемыми емкостями структуры и измерительных ДКМ, использование этой модели для уточнения известных моделей метрологических характеристик МЭМС-датчиков позволило разработать пути их совершенствования.

4 Предложен метод контроля искажения информационного сигнала в ДКМ, позволяющий выявлять наличие паразитных МДП-структур на ранних стадиях изготовления ДКМ.

5 Разработан метод сравнительной оценки стабильности параметров ИЦ на основе вычисления приведенного функционала от квадратичного изменения параметров функции преобразования МЭМС-датчика, учитывающих нестабильность параметров ДКМ в установленном интервале времени, применение этого метода позволило обосновать целесообразность использования структур импульсного уравновешивания зарядов и сил для увеличения стабильности в несколько раз.

6 Экспериментально подтверждено, что для вновь разработанных МЭМС-акселерометров АЛЕ 056, АЛЕ 058 улучшены стабильность выходного сигнала в 3-5 раз, уровень собственных шумов - в 10-15 раз относительно аналогичных характеристик известных МЭМС-датчиков. Разработан экспериментальный образец акселерометра АЛЕ 058М, исследования которого подтвердили ожидаемое повышение стабильности выходного сигнала не менее чем в три раза.

7 Результаты диссертационной работы внедрены в разработки образцов акселерометров для систем управления и контроля изделий PKT.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов повышения стабильности МЭМС-акселерометров за счет уменьшения негативного влияния паразитных полупроводниковых структур, возникающих при изготовлении кремниевых чувствительных элементов.

Результаты теоретического анализа подтверждены экспериментальными исследованиями разработанных на их основе МЭМС-акселерометров и дают основание утверждать, что предложенные методы повышения стабильности могут быть использованы при разработке и производстве МЭМС-акселерометров нового поколения.

1. Акселерометры AT 1104, AT 1105. Информационные материалы ОАО "Арзамасское научно-производственное объединения "Темп-Авиа"

2. Акселерометры типа КИ. Группа 66. Приборы и лабораторное оборудование. Информационные материалы Научно-исследовательского Института прикладной механики имени академика В. И. Кузнецова (НИИПМ) с. 20-23.

3. Аллен Ф., Санчес-Синенсио Э. Электронные схемы с переключаемыми конденсаторами. М. : Радио и связь, 1989. 576 с.

4. Андреев В. В., Барышев В. Г., Бондаренко Г. Г. и др. Метод многоуровневой токовой нагрузки для исследования генерации и релаксации положительного заряда в МДП-структурах // Микроэлектроника, 2003. Том 32. № 2. с. 152-158.

5. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М. : Машиностроение, 1981. 392 с.

6. Антонова И. В., Стучинский В. А., Наумова О. В. и др. Флуктуация заряда на границе сращивания в структурах "кремний на изоляторе" // Физика и техника полупроводников, 2003. Т. 37, вып. U.c. 1341-1345.

7. Беляев В. От электромеханических и дискретных решений к МЭМС / МСТ // Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 27-34.

8. Беляева А. И., Галуза А. А., Коломиец С. Н. Границы раздела слоев и шероховатость в многослойной кремниевой структуре // Физика и техника полупроводников. 2004. - Том 39. - № 9. - С. 1050 - 1055.

9. Беляева А. И., Галуза А. А., Коломиец С. Н. Границы раздела слоев и шероховатость в многослойной кремниевой структуре // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1050-1056.

10. Берлин Е.В., Двинин С.А., Михеев В.В. и др. Двумерные распределения плотности плазмы в газовом разряде низкого давления // Физика плазмы.-2004. -№12. С. 1043 - 1051.

11. Берман Л. С. Анализ временной нестабильности параметров границы раздела диэлектрик соединение АШВУ методом изотермической релаксации емкости // Физика и техника полупроводников. - 1997. - Том 32. - № 1. - С. 78 -82.

12. Берман Л. С. Моделирование вольт-фарадных характеристик сегнето-электриков // Физика и техника полупроводников. 2005. - Том 39. - Вып. 12. -С. 1436- 1439.

13. Бесекерский В. А. Динамический синтез систем автоматического регулирования. М. : Изд-во "Наука", 1965. 515 с.

14. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М. : Наука, 1975. 767 с.

15. Битюцкая Л. А., Селезнев Г. Д. Тепловой фликкер-шум в диссипатив-ных процессах предплавления кристаллических веществ // Физика и техника полупроводников. 1998. - Том 24. - № 3. - С. 24 - 27.

16. Блинов А. В., Гамкрелидзе С. А., Критенко М. С. и др. Датчики нового поколения для вооружений и военной техники // Электроника : Наука. Технология. Бизнес, 2003. № 2. с. 52-55.

17. Вавилов B.C., Киселев В.Ф., Мукашев Б.Н. Дефекты в кремнии и на его поверхности. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990 (Физика полупроводников и полупроводн. приборов). — 216 с.

18. Валиев К.А., Орликовский A.A., Васильев А.Г., Лукичев В.Ф. Проблемы создания высоконадежных многоуровневых Соединений СБИС // Микроэлектроника, 1990, том 19, вып. 2, с. 116-131.

19. Ван-дер-Зил А. Флуктуационные явления в полупроводниках. — М.: Изд-во Иностранной литературы, 1961. — 232с.

20. Васильев А., Лучинин В., Мальцев П. Микросистемная техника. Материалы, технологии, элементная база //Электронные компоненты, 2000. № 4.

21. Васильев В. Ю. Процессы релаксации тонких слоев борофосфоросили-катных стекол при термически активированном вязком течении на ступенчатом рельефе интегральных микросхем // Микроэлектроника, 2003. Том 32, № 3. с. 163-176.

22. Волович А., Волович Г. Интегральные акселерометры // Компоненты и технологии, 2002. № I.e. 66-72.

23. Востоков Н. В., Шашкин В. И. Электрические свойства наноконтактов металл полупроводник // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1084-1089.

24. Востриков Н. В., Шашкин В. И. Электрические свойства наноконтактов металл полупроводник // Физика и техника полупроводников. - 2004. -Том 38. - № 9. - С. 1084- 1088.

25. Врачев А. С. Возможности низкочастотного шума как прогнозирующего параметра при оценке качества и надежности изделий электронной техники // Мат. докл. научн.-техн. семинара «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М., 1996.

26. Глазов В. М., Осипов Ю. В., Тимошина М. И., Зубков А. М. Электрофизические свойства монокристаллов кремния в широком интервале температур // Приборы. 2005. - № 11. - С. 11 - 16.

27. Горлов М. И., Андреев А. В., Ануфриев Л. П. и др. Технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства // Микроэлектроника, 2004. Том 33, № 1. с. 24-34.

28. Горлов М. И., Емельянов В. А., Адамяи А. Г. Диагностические методы контроля и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий. Минск: Бел. навука, 2003.

29. Горлов М. И., Емельянов В. А., Николаева А. П., Жарких А. П. Способы определения потенциально ненадежных полупроводниковых приборов // Межв. сб. науч. трудов «Твердотельная электроника и микроэлектроника». Воронеж: ВГТУ, 2003.

30. Горлов М. И., Емельянов В. А., Строгонов А. В. Геронтология кремниевых интегральных схем. М. : Наука, 2004. 240 с.

31. Горлов М. И., Жарких А. П. Влияние ЭСР на значения низкочастотных шумов транзисторов КТ209 // Сб. научи, трудов «Твердотельная электроника и микроэлектроника». Воронеж: ВГТУ, 2001.

32. Горлов М. П., Ануфриев Л. П., Бордюжа О. Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. Минск: Интеграл, 1997.

33. Горлов М., Емельянов А., Смирнов Д. Возможность отбраковки полупроводниковых приборов по уровню низкочастотного шума // Компоненты и технологии. -2005.- № 8. С. 198 - 201.

34. ГОСТ 18955-73. Акселерометры низкочастотные линейные. Термины и определения. М. : Изд-во стандартов, 1973. 12 с.

35. ГОСТ 8.009-84. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений. М. : Изд-во стандартов, 1985. 42 с.

36. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002-ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. М. : ИПК Изд-во стандартов, 2002.

37. Грановский В. А. Динамические измерения. Л. : Энергоатомиздат. ле-нингр. отд-ние, 1984. 224 с.

38. Гудинафф Ф. Емкостной датчик ускорения, выполненный на основе сочетания объемной и поверхностной микроструктур // Электроника, 1993. № 11-12. с.86-88.

39. Гурович Б. А., Аронзон Б. А., Рыльков В. В. и др. Формирование потенциальных барьеров на контакте металл-полупроводник с использованиемметода селективного удаления атомов // Физика и техника полупроводников, 2004. Т. 38, вып. 9. с. 1074-1079.

40. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергия, 1980.-248 е., ил.

41. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энерго-атомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 192 е., ил.

42. Данилин B.C., Сырчин В.К. Устройства со скрещенными полями и перспективы их использования в технологии микроэлектроники. Вып.2 (1619).-М: ЦНИИ "Электроника", 1991.

43. Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Динамика температурно-возмущенных гироскопических приборов и систем. Саратов. : Изд-во Саратовского унв-та, 1998. 236 с.

44. Дьяконова Н. В., Левинштейн M. Е., Contreras S., Rnap W., Beaumont В. Низкочастотный шум в n-GaAs // Физика и техника полупроводников. 1998. — Том 32. - № 3. - С. 285-289.

45. Дьяконова Н. В., Левинштейн M. Е., Румянцев С. Л. Шум 1/f в сильно легированном n-GaAs в условиях зона-зонной подсветки // Физика и техника полупроводников. 1997. - Том 31. - № 7. - С. 858 - 863.

46. Жузе В. П., Николаев С. Н. // Журнал технической физики. 1953. -Вып. 23.-С. 913.

47. Зайцев Н. А., Красников Г. Я., Матюшкин И. В. // Микроэлектроника. — 2000. — Т. 29. — № 6. — с. 449 451.

48. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ.- 2-е перераб. и доп. изд. М.: Мир, 1984. - 456 е., ил.

49. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ.- 2-е перераб. и доп. изд. М.: Мир, 1984. - 467 е., ил.

50. Иванов А. М., Строкан Н. Б. Исследование шумов р+-п-детекторов жестких излучений техникой амплитудного анализа // Журнал технической физики. 2000. - Том 70. - Вып. 2. - С. 139 - 142.

51. Иориш Ю. И. Виброметрия. М. : ГНТИМЛ, 1963. 772 с.

52. Ицкович Э. Современные датчики и тенденции их развития // Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 23-26.

53. Калугин В. В. Исследование и разработка процессов подготовки поверхности кремниевых пластин при изготовлении структур кремний на изоляторе. Автореф. и диссерт. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Москва: МИЭТ (ТУ), 2001.

54. Карба Л. П., Ульман Н. И. О выборе шумовых параметров для прогнозирования отказов транзисторов // Электронная техника. Сер. 8.1978. Вып. 7.

55. Кнеллер В. Ю. Современное состояние сенсорной техники // Датчики и системы. -2001. -№ 11.-е. 53-61.

56. Козлов В.В. О степени неустойчивости // Прикладная математика и механика. 1993. Т. 57. В. 5. С. 14 — 24.

57. Комаров Б. А. Особенности отжига радиационных дефектов в кремниевых р п - структурах: роль примесных атомов железа // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Том 38. - № 9. - С. 1079 - 1083.

58. Корнилов С. А., Овчинников К. Д., Кислицин Э. Б. Источники 1/f-шума в лавинно-пролетных диодах из арсенида галлия // Физика и техника полупроводников. 1997. - Том 67. - № 8. - С. 65 - 70.

59. Кострюков С. А., Холомина Т. А. Особенности анализа сигналов низкочастотного шума методом дискретного преобразования Фурье // Измерительная техника. 2005. - № 12. - С. 47 - 50.

60. Коханчик Л. С., Шаповал С. Ю., Якимов Е. Б. Влияние плазменного травления на изображение доменов и сигнал вторичных электронов в кристаллах ниобата лития // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейронные исследования. 2002. - № 10. - С. 36 - 42.

61. Красников Г. Я., Зайцев Н. А. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС. — М.: Микрон-принт, 1999. —Ч. I.

62. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. Ред. В.К. Тартаков-ский. Киев: Наук. Думка, 1989. - 864 с.

63. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Л. : Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. 320 с.

64. Линьков Р.В., Миллер М.А. Ирншоу теорема. Физическа; энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 216.

65. Липень А. Монолитные акселерометры Analog Devices ADXL 150/250// Электронные компоненты, 2003. № 2. с. 61-63.

66. Лучинин В. В., Таиров Ю. М., Васильев А. А. Особенности материало-ведческого базиса микросхем // Микросистемная техника, 1999. № 1. с. 7-10.

67. Малинин В.В., Портнягин М.А., Гуселетов М.В. Схемы микроэлектронных аналоговых ключей и коммутаторов на полевых транзисторах. Обзоры по электронной технике. Серия 3 - Микроэлектроника. - М.: ЦНИИЭлек-троника, 1978, вып. 3 (590). - 76 е., ил.

68. Маринко С. В., Блинов А. В. Анализ общих требований к датчикам, используемым в объектах вооружения и военной техники и системах контроля // Вестник метрологии. 2005. - № 3. - С. 18 - 22.

69. Мартыненко Ю.Г. Движение твердого тела в электрических и магнитных полях. М.: Наука, 1988.- 368 с.

70. Метальников В. В., Любезнов А. Н., Колганов В. Н., Папко А. А., Мал-кин Ю. М., Куличков А. В. Низкочастотные линейные компенсационные акселерометры // Приборы и системы управления, 1990. № 10. с. 21-22.

71. Микроэлектромеханические системы (МЭМС). Обзор зарубежной научно-технической информации. Москва. ООО "Авиакосмические технологии",. 2005. АКТ/ТО-05-05-01. 19 с.

72. Мнацаконов Т. Т., Поморцева J1. И, Шуман В. Б. Исследование электронно-дырочного рассеяния в р-кремнии при низком уровне инжекции носителей заряда // Физика и техника полупроводников. — 1997. Том 31. - № 7. - С. 833 -835.

73. Мокров Е. А. Папко А. А. О решении проблемы формирования динамических характеристик акселерометров уравновешивающего преобразования. Труды научно-технической конференции "Датчики и детекторы для авиационной техники" "ДДАТ-2003", г. Пенза, 2003. с 26.

74. Мокров Е. А. Папко А. А. Об оптимизации функций обратных преобразователей компенсационных акселерометров. Измерительная техника, 2004. №5. с. 41-43.

75. Мокров Е. А. Состояние и перспективы развития акселерометров НИИ физических измерений // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент, 1998. № I.e. 6-24.

76. Мокров Е. А., Папко А. А. Акселерометры НИИ физических измерений элементы микросистемотехники // Микросистемная техника, 2002, №11.

77. Нарышкин А. К., Врачев А. С. Теория низкочастотных шумов. М.: «Энергия», 1972. 152 с.

78. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л. : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1968. 248 с.

79. Обеднин А. А. Электродуговая плазменная обработка пластин кремния перед окислением // Микросистемная техника. 2003. - № 1. - С. 13-21.

80. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев: Вища школа, 1983. - 455 е., ил.

81. Павлов Л. П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы». 2-е изд., пераб. И доп. - М.: Высш. шк., 1987. - 239 с.

82. Реактивное ионно-плазменное травление и осаждение // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2005. - №8. - С. 14 - 16.

83. Робинсон Ф.Н.Х. Шумы и флуктуации в электронных схемах и цепях. Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1980. - 256 с.с. 3-11.

84. Сиберт У. М. Цепи, сигналы, системы: в 2-х ч. М. : Мир, 1988. 336 с.

85. Синельников А. Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы и средства поверки и градуировки. М. : Изд-во стандартов, 1976. 176 с.

86. Соколов Л.В., Школьников В.М. Временная стабильность интегральных датчиков как важнейшее условие их применения в авиационных микропроцессорных системах // Измерительная техника. 2002. - № 6. - с. 27 - 29.

87. Стабилитрон 2С175Ц аАО.339.048 ТУ.

88. Сугано Т., Икома Т., Такэиси Е. Введение в микроэлектронику. М. : Мир, 1988. 320 с.

89. Тамм И. Б. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов. -11-е изд., испр. и доп. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. - 616 с.

90. Тимошенков С. П., Калугин В. В., Прокопьев Е. П. Исследование технологии очистки поверхности пластин кремния в процессе изготовления структур КНИ и микроэлектронных изделий // Микросистемная техника. — 2003. № 1.-С. 13-21.

91. Толстенок О. А., Холомина Т. А. Конструктивные и технологические особенности измерительно-преобразовательных микроэлектромеханических систем на основе кремниевых датчиков // Измерительная техника. 2004. - № 5. -с. 66-71.

92. Тутов Е. А. Сенсорные гетероструктуры объект и инструмент исследования // Сенсор. - 2005. - № 5. - С. 2 - 12.

93. Угрюмов Р. Б., Шапошник А. В., Воищев В. С. Спектральные и статические характеристики шума полупроводниковых газовых сенсоров в эквирези-стивных условиях // Журнал технической физики. 2004. - Том 74. - Вып. 7. -С. 134- 136.

94. Файнштейн С.М. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов, изд. 3-е, переработ., М.: «Энергия», 1970. 296 с.

95. Шимкявичус Ч. И. Долговременная стабильность первичных преобразователей давления на основе арсенидов галлия-алюминия // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2004. №2. с. 35-37.

96. Шлыков Г.П. Статические предельные метрологические модели линейных измерительных преобразователей. Серия «Метрология», Вып. 1: Лекция. Пенза: ПТУ, каф. МСК, 2003. - 24 с.

97. Шляндин В.М. Основы автоматики. М.: Государственное энергетическое изд-во, 1958. - 367 е., ил.

98. Электрические измерения неэлектрических величин / Под редакцией Новицкого П. В. Л. : Энергия, Ленингр. отд-ние, 1975. 576 с.

99. Юркевич А. П., Вовченко Н. Е. Расчет электрических измерительных устройств и систем с силовой компенсацией. Государственное научно-техническое изд-во ОБОРОНГИЗ. М. 1961, 129 с.

100. Якимов В. Н. Цифровой спектральный анализ на основе знакового двухуровнего преобразования непрерывных случайных процессов и асимптотически несмещенной оценки корреляционной функции // Измерительная техника. 2005. - № 12.-С. 18-23.

101. Braun Е. A. Photoresist stripping faces low-k challenges // Semiconductor international. Oct. 1999. Vol. 22. N 12. P. 64-74.

102. Deal В. В., McNeilly M. A., Kao D. В., de Larios J. M. Vapor phase wafer cleaning and integrated processing: technology for the 1990's // Proceeding — Institute of Environmental Sciences. 1990.

103. УТВЕРЖДАЮ Зам. Генерального конструктора1. Б. Соколов1. Акт № К321/10- Í278

104. Открытое акционерное общество НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ (ОАО «НИИФИ»)

105. Внедрение результатов исследований М.А. Калинина позволило повысить стабильность выходного сигнала акселерометров АЛЕ 056, АЛЕ 058 более, чем в 3 раза и уменьшить уровень собственных шумов более, чем на порядок по сравнению с известными аналогами.