Компания Nanusens предложила новый способ изготовления MEMS-датчиков на основе стандартной КМОП-технологии. Решение направлено на устранение узких мест, связанных с производством MEMS, и призвано способствовать дальнейшему развитию Интернета вещей.

Сегодня для каждого типа датчиков MEMS применяются уникальные технологии производства, что замедляет вывод новых изделий на рынок. С точки зрения перспектив развертывания Интернета вещей узкое место сегмента MEMS – ​отсутствие эффекта экономии от масштаба при наращивании объемов производства. Компания Nanusens предлагает преодолеть эту проблему применением стандартной КМОП-технологии при производстве датчиков MEMS.

Современные MEMS-устройства состоят из двух частей: ИС с управляющей электроникой, которая изготавливается с использованием стандартных КМОП-процессов, и микромеханической ИС со встроенным в поверхность кремниевой пластины датчиком, проектирование и изготовление которой требует специальных производственных процессов. Компания Nanusens предлагает объединить две части MEMS в одной ИС, уменьшив микромеханическую часть и расположив ее в слоях микроэлектронной части. Фактически вместо MEMS компания Nanusens использует NEMS. Два датчика NEMS занимают менее 10% площади ИС, на остальном пространстве расположена управляющая электроника (см. рисунок). Механическая структура создается из металлических слоев по стандартной КМОП-технологии, после чего для обеспечения ее подвижности применяется травление диоксидом кремния.

Применение КМОП-технологии при создании MEMS-структур ограничено высокой вероятностью деформаций вследствие возникновения напряжений в металле. Компанией Nanusens была получена и запатентована стабильная технология изготовления датчиков MEMS на основе КМОП-процессов, при которой MEMS-структуры не деформируются. Изготовлено множество вариантов опытных пластин, их надежность подтверждена испытаниями. Решение Nanusens перспективно для производства всех типов устройств, в которых требуется одновременное применение сразу нескольких датчиков (акселерометров, гироскопов, датчиков давления и влажности). Одно из преимуществ решения Nanusens – ​снижение габаритов MEMS-устройства. Объем современных MEMS из двух ИС – ​4 мм³, объем решения Nanusens – ​1 мм³. Другое преимущество – ​улучшенная ударопрочность NEMS-структур по сравнению с MEMS за счет меньшей массы, что особенно важно для дальнейшего развития носимой электроники.

Решение Nanusens планируется использовать прежде всего при производстве наушников – это позволит добиться экономии пространства внутри конструкции, а освободившееся место будет использовано для установки более мощных источников питания, что обеспечит увеличение продолжительности работы без подзарядки. Также решение Nanusens позволит разместить в наушниках сразу несколько датчиков на одной ИС: датчик уровня заряда батареи для выявления необходимости подзарядки или перехода в режим экономии энергии, датчики движения и температуры для определения, находятся ли в данный момент наушники в ушах пользователя или нет.

На первоначальном этапе компания Nanusens планирует производить устройства только с одним типом датчика – ​2D-датчиком движения. Первые образцы продукции появятся на рынке в сентябре 2019 г. До конца года запланирован запуск производства ИС с датчиком костной проводимости, на 2020 г. – ​ИС, на которой одновременно расположенынесколько типов датчиков.

Montanyà Josep. Solving the Production Problems of MEMS. Sensors Online, April 10, 2019: https://www.sensorsmag.com/components/solving-production-problems-mems