211service.com
Een nieuwe richting voor digitale kompassen
Mobiele telefoons en vele andere mobiele apparaten zitten nu boordevol sensoren die ze kunnen volgen terwijl ze bewegen. De digitale kompassen, gyroscopen en versnellingsmeters die in dergelijke apparaten zijn ingebouwd, hebben geleid tot een breed scala aan locatiegebaseerde services, evenals nieuwe manieren om mobiele gadgets te bedienen, bijvoorbeeld met een beweging of een beweging. Nu zou een nieuwe manier om deze sensoren te maken dergelijke technologie kleiner en goedkoper kunnen maken.
De vooruitgang kan er ook toe leiden dat bewegingssensoren verschijnen in veel meer apparaten en objecten, waaronder hardloopschoenen of tennisrackets, zegt Nigel Drew van het in Barcelona, Spanje gevestigde Baolab Microsystems , die de nieuwe technologie ontwikkelde.
Baolab heeft een nieuw soort digitaal kompas gemaakt met een eenvoudigere fabricagemethode. De technologie zal volgend jaar in GPS-apparaten verschijnen, zegt Drew. Het bedrijf heeft ook prototypen van versnellingsmeters en gyroscopen gemaakt en is van plan om alle drie de soorten sensoren op dezelfde chip te combineren.
Conventionele digitale kompassen worden gemaakt met behulp van zogenaamde complementaire metaaloxide-halfgeleiderproductie, de meest gebruikelijke methode voor het maken van microchips en elektronische besturingsschakelingen. Maar dergelijke kompassen bevatten structuren zoals magnetische veldconcentratoren die moeten worden toegevoegd nadat de chip is gemaakt, wat de complexiteit en de kosten verhoogt. Het fundamentele verschil is dat [ons kompas] volledig binnen de standaard CMOS is gemaakt, zegt Drew.
Dit is mogelijk omdat het kompas gebruik maakt van een fenomeen dat de Lorentzkracht wordt genoemd. De meeste commerciële digitale kompassen vertrouwen op een ander fenomeen, het Hall-effect genaamd, dat werkt door een stroom door een geleider te laten lopen en veranderingen in spanning te meten die worden veroorzaakt door het magnetische veld van de aarde.
De Lorentz-kracht daarentegen treedt op wanneer een magnetisch veld een kracht op een geleidend materiaal genereert wanneer er een stroom doorheen vloeit. Een apparaat kan het magnetische veld bepalen door de verplaatsing te meten van een object waarop deze kracht inwerkt.
In de chips van Baolab wordt een micro-elektromechanisch systeem (MEMS) op nanoschaal geëtst uit een conventionele siliciumchip. Dit nano-MEMS-apparaat bestaat uit een aluminiummassa die is opgehangen aan veren. Wanneer een apparaat een stroom door de massa stuurt, zullen eventuele aanwezige magnetische velden een kracht op de massa uitoefenen en de resonantie ervan beïnvloeden. Een paar metalen platen die de massa flankeren, zullen deze veranderingen detecteren. Een apparaat kan het magnetische veld in één richting meten door minuscule veranderingen in de capaciteit van deze platen op te merken. Met behulp van een set van drie van deze sensoren kan het apparaat de richting van het aardmagnetisch veld bepalen, en dus ook de oriëntatie.
Dit soort MEMS-CMOS-co-integratietechnologie zal de gevoeligheid verbeteren en kleinere, en dus goedkopere, sensorchips mogelijk maken in vergelijking met de conventionele, zegt Hiroshi Mizuta , een professor in nano-elektronica aan de NANO Group van Southampton University.
Elk van de nano-MEMS-sensoren van Baolab is minder dan 90 micron lang. Drew zegt dat het mogelijk moet zijn om alle drie soorten sensoren te integreren in een enkele chip van slechts drie millimeter lang.
Onder de motorkap: Een Scanning Electron Microscope-afbeelding van het digitale kompas gemaakt door Baolab.