Actuation phenomena in 3D moving microstructures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61583
Type F
Principal investigator Fürjes, Péter
Title in Hungarian Aktuálási elvek mozgó 3D mikroszerkezetekben
Title in English Actuation phenomena in 3D moving microstructures
Keywords in Hungarian termikus, elektrosztatikus, mágneses, aktuálás, mikrotechnológia
Keywords in English thermal, electrostatic, magnetic, actuation, microtechnology
Discipline
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)80 %
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)20 %
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent MTA Research Institute for Technical Physics and Materials Science
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 6.830
FTE (full time equivalent) 0.62
state closed project
Summary in Hungarian
A modern technológiák a MEMS (mikro elektro-mechanikai) eszközöket széles körben alkalmazzák, és ezen belül is egyre hangsúlyosabb szerepet kapnak az összetett, aktív elemeket is tartalmazó integrált mikrorendszerek. A beavatkozók jellegzetes csoportját alkotják a szabadon álló, megfelelő technikai megoldásokkal felfüggesztett 3D alakzatok, amelyek különböző módszerekkel mozgathatóak (pl. mikroáramlási csatornában elhelyezett szelepek, mozgatható tükrökből felépülő hálózatok, stb.). Az alapvetően alkalmazott mozgatási technikák mágneses, termikus és elektrosztatikus jelenségeken alapulnak.
Az kutatás alapvető célja, hogy megvizsgáljam az egyes mozgatási elvek során alkalmazott, a mikroméretű eszközökben lejátszódó fizikai folyamatok jellegét, és ennek segítségével megalapozzam a beavatkozók hazai kutatását és fejlesztését. Ennek érdekében különböző tesztstruktúrákat tervezek és alakítok ki az MFA Mikromechanikai Laboratóriumában, és vizsgálom ezek működését. Emellett a COSMOS kód felhasználásával termo-mechanikai szimulációkat végzek, amelyek elősegítik a lejátszódó folyamatok könnyebb megértését, és lehetővé teszik a későbbiekben megvalósítandó eszközök működésének tervezését. A modellszámítások és a kísérletek összehasonlítása alapján teszt-eszközöket állítok elő a megfelelő aktuálási elv alkalmazásával, és ezek működésén keresztül vizsgálom a mozgó struktúrák elmozdulásbeli, sebességi és (mechanikai) megbízhatósági határait.
Summary
MEMS (micro-electro-mechanical systems) are widely applied in modern technologies. The complex, integrated micro-systems containing active parts play determining role in increasing number of applications. A dominant section of the actuators is constituted by the free standing, suspended 3D structures, which can be actuated, displaced (valves situated in micro flow channels, arrays of movable-rotating mirrors, etc.). The basic actuation principles are based on magnetic, electrostatic or thermal processes.
The ultimate goals of the research are the analysis of the physical phenomena involved in moving microstructures, and also supporting and initiating the inland research and development of micro-actuators. In order to succeed in the project’s objective different test-structures will be designed, realized and investigated using the infrastructure of the MEMS Laboratory at the Research Institute for Technical Physics and Materials Science. Thermo-mechanical simulations will be performed – applying the COSMOS FEM code – to support the comprehension of the physical processes and to predict the functional properties of the planned devices. On the basis of model calculations and experiments test-devices will be constructed and their functional behaviour as well as their limits in rate, deformation and mechanical reliability will be investigated.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A modern technológiák a MEMS (mikro elektro-mechanikai) eszközöket széles körben alkalmazzák, és ezen belül is egyre hangsúlyosabb szerepet kapnak az összetett, aktív elemeket is tartalmazó integrált mikrorendszerek. A beavatkozók jellegzetes csoportját alkotják a szabadon álló, megfelelő technikai megoldásokkal kialakított, felfüggesztett 3D alakzatok, amelyek különböző módszerekkel mozgathatóak (pl. mikroáramlási csatornában elhelyezett szelepek, turbinák, mozgatható tükrökből felépülő hálózatok, stb.). Az alapvetően alkalmazott mozgatási technikák mágneses, termikus és elektrosztatikus jelenségeken alapulnak. A kutatás alapvető célja volt, hogy megvizsgáljam a vezérelt mikroméretű eszközökben lejátszódó fizikai folyamatok jellegét, és ennek segítségével tervezhetővé tegyem az egyes szerkezetek funkcionális viselkedését, valamint specifikus kialakítási technológiákat dolgozzak ki különleges 3D struktúrák megvalósítását célozva, beleértve a strukturális anyagok megválasztását is. Ennek érdekében különböző tesztstruktúrákat terveztem és alakítottam ki az MFA MEMS Laboratóriumában, és vizsgáltam ezek működését. Emellett végeselem kód felhasználásával termo-mechanikai, illetve elektro-mechanikai szimulációkat végeztem, amelyek elősegítik a lejátszódó folyamatok könnyebb megértését, és lehetővé teszik a későbbiekben megvalósítandó eszközök működésének tervezését. A modellszámítások és a kísérletek összehasonlítása alapján demonstrációs eszközöket állítottam elő, és ezek működésén keresztül vizsgáltam a mozgó struktúrák mechanikai és funkcionális jellemzőit.
Results in English
MEMS (micro-electro-mechanical systems) are widely applied in modern technologies. The complex, integrated micro-systems containing active parts play determining role in increasing number of applications. A dominant section of the actuators is constituted by the free standing, suspended 3D structures, which can be actuated, displaced (valves and turbines situated in micro flow channels, arrays of movable-rotating mirrors, etc.). The basic actuation principles are based on magnetic, electrostatic or thermal processes. The ultimate goals of the research were the analysis of the physical phenomena involved in moving microstructures, to support the functional design of the specific devices. Development of specific fabrication technology was also planned for achieving the realisation of special 3D structures including the specification of the possible structural materials. In order to succeed the project’s objective different test-structures were designed, realized and investigated using the infrastructure of the MEMS Laboratory at the Research Institute for Technical Physics and Materials Science. Thermo-mechanical and electro-mechanical simulations were performed – applying finite element modelling – to support the comprehension of the physical processes and to predict the functional properties of the planned devices. On the basis of model calculations and experiments demonstration devices were constructed and their functional and mechanical behaviour were investigated.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61583
Decision
Yes





 

List of publications

  
I. Rajta, Sz. Szilasi, P. Fürjes, Z. Fekete and Cs. Dücső: Si Micro-turbine by Proton Beam Writing and Porous Silicon Micromachining, Proceedings of 12th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications – ICNMTA2008, Debrecen, 2008
I. Rajta, Sz. Szilasi, P. Fürjes, Z. Fekete and Cs. Dücső: Si Micro-turbine by Proton Beam Writing and Porous Silicon Micromachining, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B 267 pp 2292-2295, 2009
Z. Fekete, G.A.B. Gál, E. Baradács, I. Rajta, P. Fürjes, Cs. Dücső: Integration of proton beam micromachining into MEMS technology for development 3D single crystalline silicon mobile microstructures, Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, Hungary, 2009
Z. Fekete, P. Fürjes, I. Rajta, Cs. Dücső: Characterisation of end-of-range geometric effect in complex 3D silicon micro-components formed by Proton Beam Writing, Proceedings of the MME 2009 Conference, Paper ID: 150, Toulouse, France, 2009
Z. Fekete, P. Fürjes: Development of silicon-based microfluidic components by proton beam writing and using porous silicon sacrificial layer, Genius Europe Conference, Budapest, Hungary, 2009
Z. Fekete, P. Fürjes, I. Rajta, E. Baradács, Cs. Dücső and I. Bársony: : Hard coating of mobile 3-D silicon microstructures, Proceedings of E-MRS 2009 Conference, Symposium : P: Protective coatings and thin films’09, p. PP4 2, Strasbourg, France, 2009
P. Fürjes, Z. Fekete, G. Lővei, I. Bársony: Thermally actuated valve system for multi-channel micro-fluidics, Proceedings of the MME 2009 Conference, Paper ID: 124, Toulouse, France, 2009
Deák András, Fürjes Péter, Battistig Gábor, Bársony István: Integrált (nano)érzékelés az analitika szolgálatában, Magyar kémiai folyóirat, 115. évf. 1. sz., 2009
P. Fürjes, Gy. Bognár és I. Bársony: Powerful tools for thermal characterisation of MEMS, Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 120 (1) pp. 270-277, 2006
Cs. Dücső, I. Rajta, P. Fürjes and E. Baradács: Silicon Check Valve made by Proton Beam Micromachining, Proceedings of 10th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications – ICNMTA2006, Singapore, 2006
P. Fürjes, Cs. Dücső, Zs. Vízváry, I. Bársony: Transient Heat Conduction Effects in Deformed Microstructures, Proceedings of Eurosensors XX, vol. 2 pp 164-165, Göteborg, 2006
N. Nagy, A. E. Pap, A. Deák, P. Fürjes, A.L. Tóth, Z. Hórvölgyi, I. Bársony: Regular patterning of large area silicon substrates using Stöber silica LB films, Proceedings of 20th Conference of the European Colloid and Interface Society – ECIS 2006, 18th European Chemistry at Interfaces Conference ECIC 2006, Budapest, 2006
P. Fürjes, P. Csíkvári, Gy. Hárs and Cs. Dücső: Diamond Coated Micro-Heaters for MEMS, Proceedings of E-MRS 2007, p. Q-PII 9, Strasbourg, 2007
P. Fürjes, P. Csíkvári, I. Bársony and Cs. Dücső: Micro-Hotplates for Thermal Characterisation of Structural Materials of MEMS, Proceeding of Therminic 2007 Conference, pp. 184-188, Budapest, 2007
Cs. Dücső, I. Rajta, P. Fürjes and E. Baradács: Concept for processing of silicon check valves by proton beam micromachining, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Vol. 260, Issue 1, pp 409-413, 2007
P. Fürjes, P. Csíkvári, I. Bársony and Cs. Dücső: Micro-Hotplates for Thermal Characterisation of Structural Materials of MEMS, Microelectronics Journal, Volume 40, Issue 9, September 2009, Pages 1393-1397, 2009
I. Bársony, Cs. Dücső, P. Fürjes: Thermometric Gas Sensing, E. Comini et al. (eds.), Solid State Gas Sensing, Chapter 7, DOI: 10.1007/978-0-387-09665-0_7, Springer Science + Business Media, LLC 2009, 2009
P. Fürjes, I. Rajta, G. Battistig, I. Bársony and Cs. Dücső: Integrated Micro-Membranes by high energy He+ or H+ Implantation and Electrochemical Etching, Proceedings of Eurosensors XXII, Dresden, 2008, 2008



Back »