Реализация одного из основных положений современной концепции развития авионики гражданских самолетов, заключающегося в глубокой аппаратной и функциональной интеграции всех бортовых электронных систем на базе микропроцессорной техники, представляет значительную сложность без высокостабильных, высокоточных и надежных первичных преобразователей (датчиков) отечественного производства, отвечающих специфическим требованиям к авиационным приборам, работающим в жестких условиях эксплуатации.
В настоящее время, несмотря на накопленный опыт разработки кремниевых микроэлектромеханических преобразователей, временная нестабильность преобразовательной характеристики и узкий диапазон рабочих температур являются главными причинами, сдерживающими массовое применение традиционных кремниевых датчиков силы, давления, ускорения и других физико-механических величин в информационно-вычислительных, управляющих, диагностических и в других цифровых системах авиационно-космической техники.
Leonid V. Sokolov. Conceptual basis for creating new-generation high-stable high-temperature microelectromechanical sensors based on a silicon-on-isolator heterostructure with a monolithic integral tensoframe for intelligent transducers // Proc. 9th Int. Symp. Measurement Technology and Intelligent Instruments ISMTII-2009. S-Petersburg, 2009.V. 3. P. 248-251.
По результатам проведённого анализа установлено, что проблемы временной нестабильности и низкие эксплуатационные характеристики традиционных полупроводниковых датчиков являются ключевыми в достижении высокой надёжности и точности измерений в условиях воздействия дестабили-зирующих факторов. Показано, что технология формирования микроэлектромеханических преобразо-вателей с МЭМС-КНИМТ гетероструктурой кремний-на-изоляторе позволяет решить указанную проблему, и соответствует генеральному направлению развития кремниевой микроэлектроники на ближайшую перспективу.
2. Соколов Л.В. Высокостабильные высокотемпера-турные микроэлектромеханические преобразователи нового поколения на основе гетероструктуры кремний-на-изоляторе // Измерительная техника № 9, 2009, с. 18-20.
Для устранения проблемы низкой надёжности и временной нестабильности, с учётом результатов математического моделирования разработана конструкция чипа МЭМС-КНИМТ без p-n переходов с изолированной от мембраны монолитной тензо-рамкой. Тензорамка состоит из 4-х равных по величине тензорезисторов, соединённых монолитно в симметричный измерительный мост Уинстона.
В основу работы преобразователя МЭМС-КНИМТ положено изменение сопротивлений тензорезисторов мостовой схемы монолитной кремниевой тензорамки в зависимости от величины внешнего механического воздействия на мембрану, вызывающего упругие деформации в мембране, соответственно в резисторах мостовой схемы, отличающиеся как по величине, так и по знаку (растяжение или сжатие) в различных областях мембраны.
3. Соколов Л.В. Введение в технологию проектиро-вания и производства микроэлектромеханических тензопреобразователей с гетероструктурой «кремний на изоляторе» для авиационной и ракетно-космичес-кой техники. Учеб. пособие. Москва. Издательство МАИ. 2015. 84с.
Учебное пособие является методическим руковод-ством по основам технологии проектирования и производства инновационных тензорезистивных МЭМС-КНИМТ преобразователей. Пособие базируется на авторской концепции «Изолированная кремниевая 3D тензорамка на кремнии», представлен-ной в патентах РФ на изобретения, в докладах на международных конгрессах и конференциях в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Монреале, Бостоне, Осаке, Кракове при поддержке РФФИ, а также на большом объёме НИОКР, выполненных в АО «НИИАО» и в МАИ по созданию принципиально новых микроэлектромеханических тензопреобразова-телей. В основе производства МЭМС-КНИ тензопреобразователей используются две инновацион-ные технологии микроэлектроники и объёмной микромеханики, позволяющие в одном технологичес-ком цикле изготовить чип преобразователя с интегральной микросхемой термокомпенсации и калибровки на этом же чипе.