Sistema integrat per controlar la càrrega paràsita en dispositius MEMS

Abstract

[ANGLÈS] Although MEMS devices present numerous advantages respect conventional electronics devices, commercial use of these devices is hindered by stability and reliability problems limiting their lifetime. These reliability problems are classified as mechanical collapses, enclaves and accumulation of charge in the dielectric, and is in this problem where will focus the study of this project. To avoid the accumulation charge in the dielectric is proposed the use of a control method using electronic devices. This method is based on sigma-delta modulation; the position (i.e. the input capacitance) of the device is periodically sampled, and, after each sampling time, a positive or negative bias voltage is applied, depending on whether the position is above or below a reference, or target, value. Currently, this control is used by laboratory instruments with large precision, is for that, the current project proposes the electronic design and experimental verification of the control through conventional electronic devices. This project is a first step in studying of the dielectric charge control with discrete devices and can serve as a starting point for making other control circuits, or even, the improving the circuit design.

[CASTELLÀ] Aunque los dispositivos MEMS presentan muchas ventajas respecto los dispositivos electrónicos convencionales, su comercialización se ve dificultada por la existencia de problemas de fiabilidad y de estabilidad que limitan su vida útil. Estos problemas de fiabilidad se clasifican como colapsos mecánicos, enclavamientos y acumulación de carga en el dieléctrico, y es en este último donde se centrará el estudio del proyecto presentado. Para evitar la acumulación de carga en el dieléctrico se propone la utilización de un método de control mediante dispositivos electrónicos. Este método se inspira en la modulación sigma-delta; donde se muestrea periódicamente una variable física vinculada a la carga atrapada (por ejemplo, la posición o la capacidad de entrada), y una vez realizado el muestreo se aplica una tensión de actuación positiva o una negativa, en función de si la variable muestreada está por encima o por debajo de un valor de referencia. Actualmente, este control se usa con instrumentos de laboratorio de gran precisión, es por esto que el actual proyecto propone el diseño electrónico y la verificación experimental del control mediante dispositivos electrónicos convencionales. Este proyecto es un primer paso en el estudio del control de carga con dispositivos discretos y puede servir como punto de partida para la realización de otros circuitos de control, o incluso, la mejora del circuito diseñado.

[CATALÀ] Tot i que els dispositius MEMS presenten nombrosos avantatges respecte els dispositius electrònics convencionals, la seva comercialització es veu dificultada per l'existència de problemes de fiabilitat i d'estabilitat que limiten la seva vida útil. Aquests problemes de fiabilitat es classifiquen com col·lapses mecànics, enclavaments i acumulació de càrrega en el dielèctric, i és en aquest últim on es centrarà l'estudi del projecte presentat. Per tal d'evitar l'acumulació de càrrega en el dielèctric es proposa la utilització d'un mètode de control mitjançant dispositius electrònics. Aquest mètode s'inspira en la modulació sigma-delta; on es mostreja periòdicament una variable física vinculada a la càrrega atrapada (per exemple, la posició o la capacitat d'entrada), i un cop realitzat el mostreig s'aplica una tensió d'actuació positiva o una negativa, en funció de si la variable mostrejada està per sobre o per sota d'un valor de referència. Actualment, aquest control s'usa amb instruments de laboratori de gran precisió, és per això que l'actual projecte proposa el disseny electrònic i la verificació experimental del control mitjançant dispositius electrònics convencionals. Aquest projecte és un primer pas en l'estudi del control de la càrrega amb dispositius discrets i pot servir com a punt de partida per a la realització d'altres circuits de control, o fins i tot, la millora del circuit dissenyat.