미세전자기계 시스템(MEMS) 센서의 이해
미세전자기계 시스템(MEMS) 센서는 반도체 세계에서 큰 부분을 차지합니다. 이 MEMS는 전기 및 기계 구성 요소를 결합하여 다양한 작업을 수행하는 소형 장치로, 대부분 감지를 위한 것입니다. 이 장치는 반도체와 동일한 공정을 사용하여 제작되므로 기존 마이크로 일렉트로닉스 기술과의 호환성이 높습니다. MEMS는 확장성도 뛰어납니다.
MEMS 시스템은 자동차, 생물 의학 기기, 소비자 가전, 항공우주 산업 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 또한 자율 주행 차량 개발에 매우 중요합니다.
MEMS 센서를 사용하면 다양한 물리량을 측정하기 위한 고감도, 소형, 저전력 장치를 만들 수 있습니다. 이러한 물리량에는 온도, 가속도, 자기장, 압력 등이 포함됩니다. MEMS 시스템과 마찬가지로 이 센서는 자동차 안전 시스템, 내비게이션 및 환경 모니터링에서 두각을 나타내고 있습니다.
MEMS 센서의 목적은 특수 미세 전자 기계 구조 및 구성 요소를 사용하여 물리적 자극을 전기 신호로 변환하는 것입니다. 이러한 구조는 반도체 기술을 사용하여 박막에 내장되어 복잡한 기능을 높은 정확도로 수행할 수 있는 작은 기계 장치를 생산합니다. 이러한 구조 중 일부는 마이크로미터에서 나노미터까지 크기가 다양합니다. MEMS 센서 구조는 판독 및 전기 출력 제공을 위해 추가 전자 장치와 통합됩니다.
다음 섹션에서는 가속도계, 자력계, 충격 센서, 온도 센서 등을 포함하여 일반적인 유형의 MEMS 센서에 대해 알아보겠습니다.
1. 가속도계
가속도계는 가장 일반적인 유형의 MEMS 센서 중 하나입니다. 그들은 질량의 변위를 기준으로 물체 또는 물체의 가속도를 측정합니다. 이 질량 변위는 가속도에 비례하는 전기 신호를 생성하는 용량성 또는 압전 저항 감지 소자를 사용하여 감지됩니다. 이를 위해 소형 플렉시블 빔은 작은 질량을 매달고 있습니다. 장치가 움직이면 작은 질량이 움직이고 서스펜션 빔이 구부러집니다. 그런 다음 굴곡 변경을 사용하여 가속도를 계산합니다.
가속도계는 일상 생활에서 사용하는 많은 장치에서 볼 수 있는 중요한 장치입니다. 응용 분야의 몇 가지 예로는 스마트폰 동작 감지, 드론 제어 및 안정화, 의료 기기, 산업 환경의 진동 센서, 자동차 안전 시스템 등이 있습니다.
2. 자력계
자력계 센서는 자기장의 강도를 감지하고 측정할 수 있습니다. 자력계는 물체의 방향과 움직임을 결정하는 데 유용합니다. 그들은 실리콘 기판에 증착되고 특정 모양으로 패터닝된 자성 물질의 박막을 사용하여 제작됩니다. 그런 다음 전류가 자성 물질을 통과하여 자기장을 생성합니다. 센서에 가해지는 외부 자기장은 자력계의 자기장을 변경하며, 이는 출력 전압의 변화로 감지됩니다.
자력계는 나침반 및 내비게이션 시스템을 포함한 다양한 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 또한 모바일 장치 산업에서 널리 사용됩니다.
3. 충돌 및 충격 센서
충돌 및 충격 MEMS 센서는 주로 자동차 안전에서 충돌을 감지하고 에어백과 같은 안전 조치를 트리거하는 데 사용됩니다. 충격 센서는 기계적 충격으로 인해 변형되는 수많은 기계적 구조로 구성된 실리콘 칩으로 구성됩니다. 이러한 구조는 압전 재료로 코팅되어 기계적 에너지를 전기 출력으로 변환하는 데 도움이 됩니다.
4. 온도 센서
MEMS 온도센서의 기본 기계 구조는 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하는 온도에 민감한 재료로 만들어집니다. 이러한 구조는 다이어프램 또는 빔 모양이며 다이어프램의 모양 변화로 인해 전기 저항을 변경하는 금속 층으로 코팅됩니다.
온도 MEMS 센서는 신뢰할 수 있는 것으로 널리 알려져 있으며 많은 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 일부 응용 분야에는 HVAC 시스템, 의료 기기 및 산업 공정 제어가 포함됩니다.
5. 관성 측정 장치(IMU) 센서
IMU는 가속도계와 자이로스코프를 결합하여 방향, 속도 및 가속도를 정확하게 측정하는 하이브리드 센서입니다. 이러한 센서는 일반적으로 3개의 가속도계와 3개의 자이로스코프를 사용하여 제작됩니다.
가속도계는 3차원에서 선형 가속도를 측정하는 반면, 자이로스코프는 3개의 축에서 각속도를 측정합니다. IMU의 작동 원리는 가속도계와 자이로스코프의 작동 원리와 동일합니다.
IMU는 로봇 애플리케이션, 드론 및 고급 내비게이션 시스템에서 찾을 수 있습니다.
6. 압력 센서
압력 센서의 구조는 압력 변화에 따라 변형되는 다이어프램으로 구성됩니다. 다이어프램은 다이어프램의 변형에 따라 전기 저항을 변경하는 재료 층으로 코팅되어 있습니다. 결과적으로 이러한 센서는 정확한 것으로 간주되지만 온도 변화의 영향을 받을 수 있습니다.
