見守りモニタリングシステム用ワイヤレス超小型集積多軸MEMS加速度センサの開発

开发用于监控系统的无线超紧凑集成多轴MEMS加速度传感器

基本信息

批准号：
08F08063
负责人：
杉山進
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08063/
关键词：
MEMS Piezoresistive Accelerometer Wireless Wearable Tele-care System 間隙水圧

项目摘要

MEMSセンサ技術と情報・通信技術の融合技術の開発を狙いとして、ウエアラブル遠隔医療システムを想定し、4種の超小型MEMS加速度センサの設計、試作とそれらを組み込んだワイヤレス集積MEMSセンサの開発実験を行い、有用性を評価した。センサの設計:有限要素法構造解析を行い、最適な検出用シリコンビームの形状・構成、ピエゾ抵抗素子の配置を導出し、ブリッジ配線し、三軸の加速度が検出できる構成を決定した。この結果を基に、レイアウトCADを用い、具体的なフォトマスクデーターを作成した。製作プロセス開発:3μmのデバイス層を有するn型SOIウエハを用いた半導体プロセスを主体としたMEMSプロセス技術で製作した。センサチップの外形寸法は縦500μm×横500μm×高さ550μmとなった。加速度センサの検出素子として線幅500nmのナノスケールピエゾ抵抗素子を紫外線ステッパによるリソグラフィとボロンのイオン注入法によるp型不純物層によって形成した。また、電極配線はAl-Siのスパッタリングによって製膜し厚さ200nm×幅800nmに形成した。検出用シリコンビームとおもりは深堀反応性イオンエッチングによって形成した。センサチップの裏面には150μm厚のガラス基板を接合した。センサ特性評価:製作した超小型加速度センサのプロセス評価および特性評価にはSEM,FE-SEM,AFM,振動試験装置システムおよび電気計測器などを用いて行った。ワイヤレス集積MEMS加速度センサの実装・性能評価:ウエアラブル遠隔医療システムを想定し、三軸加速度センサに処理回路、高周波ワイヤレス送受信回路を実装したセンサモジュールを製作した。通信プロトロルはZigbee(IEEE802.15.4-2003)方式を用いPCによってリアルタイム測定処理を行い、人の姿勢や運動などを検出・評価した。

为了开发将 MEMS 传感器技术与信息/通信技术相结合的技术，我们设计并制作了四种超小型 MEMS 加速度传感器的原型，并以可穿戴远程医疗系统为假设，开发并实验了包含它们的无线集成 MEMS 传感器。并评价其实用性。传感器设计：我们进行了有限元结构分析，以获得检测硅梁的最佳形状和配置、压阻元件的放置，并使用桥接线确定可以检测三个轴加速度的配置。基于此结果，我们使用布局 CAD 创建了特定的光掩模数据。制造工艺开发：采用MEMS工艺技术制造，主要是使用具有3μm器件层的n型SOI晶圆的半导体工艺。传感器芯片的外部尺寸为500μm长×500μm宽×550μm高。使用紫外步进光刻机和硼离子注入的p型杂质层，制作了线宽为500 nm的纳米级压阻元件作为加速度传感器的检测元件。此外，通过溅射Al-Si将电极布线形成为200nm厚×800nm宽的膜。检测硅梁和重锤通过深反应离子蚀刻形成。将 150 μm 厚的玻璃基板粘合到传感器芯片的背面。传感器特性评估：利用SEM、FE-SEM、AFM、振动测试设备系统和电测量仪器对制作的超小型加速度传感器进行工艺评估和特性评估。无线集成MEMS加速度传感器的实现和性能评估：我们创建了一个具有三轴加速度传感器、处理电路和高频无线发送/接收电路的传感器模块，假设是一个可穿戴远程医疗系统。通信协议采用Zigbee（IEEE802.15.4-2003）方式，利用PC机进行实时测量处理，检测和评估人体姿势和运动。