Моделирование и экспериментальные исследования характеристик электрохимических датчиков движения на основе технологий МЭМС

Электрохимические датчики параметров движения и волновых полей используют качестве чувствительного элемента миниатюрные электрохимические ячейки, межэлектродный ток в которых очень чувствителен к внешним механическим воздействиям. На базе таких ячеек были созданы высокочувствительные датчики движения – сейсмические датчики, акселерометры, датчики угловых скоростей. Актуальность темы исследований обусловлена широким применением таких устройств во многих областях техники. Для некоторых применений, например сейсморазведка, речь идет о задаче создания сотен тысяч и даже миллионов подобных устройств в год. Достигнутые успехи и понимание широких коммерческих перспектив данного направления, побудили исследователей из разных стран мира разработать новые технологические решения, позволяющие уменьшить разброс параметров чувствительных элементов уменьшить их стоимость и подготовить к массовому производству. В настоящий момент прошли апробацию не менее десятка различных решений, позволяющих успешно создавать преобразующие элементы данного типа. Одновременно, новые технологии открыли принципиальные возможности создавать чувствительные элементы, имеющие конфигурации, которые ранее никогда не исследовались в силу отсутствия способов их создания. К сожалению, успехи в области технологий до сих пор не поддержаны в должной мере прогрессом в изучении физических процессов, определяющих выходные параметры конечных устройств. Как следствие, у технологов нет однозначного понимания какие требуются характеристики, и, прежде всего, какая геометрия чувствительного элемента и отдельных элементов его конструкции позволит получить минимальное значение собственного шума и наибольшую чувствительность. Для ответа на данный вопрос в рамках проекта предполагается проведение комплекса экспериментальных и теоретических поисковых исследований, направленных на выявление качественных и количественных зависимостей между геометрией и выходными параметрами электрохимического чувствительного элемента, такими как коэффициент преобразования и его частотное изменение, собственный шум. Научная новизна проекта состоит в том, что объектом исследования в проекте являются чувствительные элементы, созданные на основе технологических решений, появившихся только в последние годы. Новой является направленность проекта на изучение микромасштабных процессов гидродинамики и диффузии на расстояниях менее нескольких микрон от электродов преобразующего элемента. Практическая важность данного аспекта исследований обусловлена недавно осознанным обстоятельством, что именно особенности гидродинамических потоков при обтекании электродов на расстояниях от десятков нанометров до нескольких микрон от поверхности определяют коэффициент преобразования чувствительного элемента на высоких частотах, а также собственные шумы преобразующей микросистемы. Практическим результатом исследований должны стать рекомендации к геометрии чувствительных элементов, позволяющие целенаправленно формировать микроскопические конвективные и диффузионные потоки таким образом, чтобы обеспечить минимальные шумы электродных токов при максимальной эффективности преобразования сигналов в широком частотном диапазоне.