Forskare vid Binghamton University, State University of New York-forskare har hittat ett sätt att förbättra prestandan hos små sensorer som kan ha omfattande konsekvenser för elektroniska enheter vi använder varje dag.

Studien finner ett mer tillförlitligt sätt att använda ställdon som styr MEMS (mikroelektromekaniska system), som är mikroskopiska enheter med rörliga delar som ofta produceras på samma sätt som elektronik.

Binghamton-teamet fann att kombinationen av två metoder för elektrostatisk aktivering-parallellplatta och levitationsmanövreringsorgan-ledde till en förutsägbar linjäritet som inget av dessa system erbjöd på egen hand.

Denna undersökning finansieras av ett bidrag från National Science Foundation som huvudsakligen bedrivs av doktorand. studenten Mark Pallay under överinseende av huvudutredaren Shahrzad (Sherry) Towfighian och medchefsutredaren Ronald N. Miles, docent och framstående professor i maskinteknik, respektive.

Teamets resultat kan vara revolutionerande för mikrofontillverkning, för med denna design kan signalen ökas tillräckligt högt för att bakgrundsbruset från elektroniken inte längre är ett problem. Mer än 2 miljarder mikrofoner tillverkas runt om i världen varje år, och det antalet växer när fler enheter har röstinteraktion.

"Det elektroniska bruset är verkligen svårt att bli av med, "Miles sa." Du hör detta väsande i bakgrunden. När du gör riktigt små mikrofoner - vilket är vad vi vill göra - är bruset en större och större fråga. Det är mer och mer en utmaning. Detta är en väg mot att undvika det och få ner bullret. "

Towfighian, som har studerat MEMS mycket, förklarade att ställdon i mikroenheterna normalt bara är två plattor med ett mellanrum mellan. Dessa plattor stängs och enheten aktiveras när den mottar en viss spänning.

Det är svårt att finjustera den typen av ställdon, men att lägga till två elektroder på plattornas sidor skapar en levitationseffekt som samtidigt skjuter dem isär och ger bättre kontroll över enheten.

"Genom att kombinera de två systemen, vi kan bli av med olinearitet, "sa hon." Om du ger det lite spänning, den står på ett avstånd och upprätthåller det över ett stort rörelseområde. "

Miles sa att förutsägbarhet är avgörande när man bygger ställdon för mikrofoner, som har varit i fokus för hans senaste forskning.

"I en sensor, livet är mycket lättare om den flyttar en enhet och utspänningen ökar i en enhet, eller något i proportion när du går, "sa han." I en ställdon, du försöker driva saker, så om du ger det dubbelt så mycket spänning, du vill att det ska gå dubbelt så långt och inte fyra gånger så långt.

"Det är som om du hade en linjal där tummen varierade i längd när du flyttade upp. Med kapacitiva sensorer, du har dessa märkliga variationer med känslighet och utmatning när du går upp i skalan. Det är en enorm huvudvärk. "

När Binghamton -forskarna började sin studie, de visste inte att en kombination av de två idéerna skulle ge ett lika önskvärt resultat som det har.

"Magin - den stumma turen - är att olineariteterna avbryter varandra, "Miles sa." De tenderar att vara i motsatta riktningar. Vi kan visa det över ett betydande område, de är linjära.

"Genom att ha båda dessa elektrodkonfigurationer, det ger dig fler vred att vrida och fler justeringar du kan göra med att applicera spänningar på olika elektroder. Med en enkel parallellplatta, du har en spänning över dem och du har inte mycket designfrihet. Med detta, det finns fler elektroder och du får mycket mer kontroll över designen. "

Förutom möjligheterna för mikrofontillverkning - vilket gör dem mindre, bättre och billigare - Towfighian ser hur den nya ställdonskonstruktionen kan användas i hennes studieområde, som inkluderar gyroskop, accelerometrar, trycksensorer och andra typer av omkopplare.

"Vi visade detta koncept på en grundläggande nivå, men den har breda tillämpningar, "sa hon." Det kan förbättra funktionen hos många enheter, så påverkan kan bli enorm. "

Studien, med titeln "Sammanfogning av parallellplattor och levitationsmanövreringsorgan för att möjliggöra linearitet och avstämning i elektrostatiska MEMS, "Publicerades i Journal of Applied Physics .