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Contacta con un área muy pequeña (impedancia coincidente)

En mi proyecto actual, quiero aplicar un voltaje a un capacitor (electrodo superior en una heteroestructura de película delgada) muy rápidamente. Dado que los capacitores tienen su propia tasa de carga \$(\tau = R \cdot t = R \cdot \epsilon_r \cdot \epsilon_0 \cdot\frac{A}{d} )\$ y la única variable a la que puedo acceder es \$A\$, necesito mantener el área lo más pequeña posible. En mi caso, tengo una impedancia de 50 ohmios, \$ \epsilon_r \approx 200 \$ y la distancia \$ d \$ entre los electrodos es de 100 nm. Para lograr una constante de tiempo razonable \$ \tau \$, el área de mi electrodo de forma casi circular debe ser menor que \$30 \mu m^2\$.

En mi caso especial, quiero investigar el área del electrodo con un láser poco después de la aplicación del pulso de voltaje. Por lo tanto, no puedo contactar el electrodo en el medio o con un alambre más grande. En mi plan actual, diseño la forma del electrodo de manera que sea circular con una cola de 2x2 \$ \mu m \$ y solo contacto la cola con la punta de un SPM como se muestra en la imagen. Sin embargo, esto es muy exigente y no puedo pensar en una forma alternativa de contactar esta pequeña área sin violar la coincidencia de impedancias o aumentar el área total del electrodo.

introducir descripción de la imagen aquí

¿Hay alguien con experiencia en esto que pueda ayudarme? Dado que no soy un ingeniero eléctrico, estaría muy agradecido si las respuestas son lo más detalladas posible.

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Eli Jones Puntos 113

La estrategia de ir hacia una capacitancia más pequeña para obtener una constante de tiempo RC más corta resulta en almohadillas de contacto más pequeñas y una mayor resistencia de contacto, lo que resulta en un RC más alto. La conexión de menor resistencia será los wirebonds. Eso significará una capacitancia más grande y una inductancia de los wirebonds.

http://referencedesigner.com/books/si/compensating_discontinuity.php enseña cómo compensar una inductancia con una capacitancia. (Mira en la parte inferior de la página.) En tu caso, ya tienes la capacitancia (tu muestra ferroeléctrica), así que solo necesitas ajustarla para compensar la inductancia de tus wirebonds.

Observa que dije "wirebonds". Sospecho que en realidad no puedes terminar tu línea de transmisión de 50Ω con una carga RLC: solo coincidirá la impedancia en una frecuencia, y probablemente resonará a esa frecuencia si le das un pulso. Por lo tanto, debes terminar con una carga resistiva de 50Ω. Anotando la imagen en ese enlace: imagen en ese enlace:

Necesitarás encontrar un chip con una resistencia de 50Ω wirebondable en él (idealmente de banda ancha) y montarlo muy cerca de tu muestra. No sé cómo harás el lado del plano de tierra del circuito.

Inicialmente, ajustarás la capacitancia a un valor que creas que funcionará. Utilicé la fórmula en la parte inferior del enlace, usando un valor típico para la inductancia de los wirebonds. En la práctica, agregarás wirebonds y verás qué respuesta en frecuencia obtuviste; luego harás wirebonds más largos o más cortos para ajustar la inductancia (ya que tu capacitancia está fija). Opciones para reducir la inductancia: wirebonds dobles, alambre de mayor diámetro, cintas adhesivas.

Cuanto más pequeña sea toda la estructura, más alta será la frecuencia a la que puedes ir y mantener la coincidencia.

Me interesaría saber cómo detectarás una desviación de impedancia. ¿Solo por reflejos de vuelta a tu fuente? ¿O tu interacción láser con la estructura ferroeléctrica te da una señal? Localizar una desviación de impedancia en una estructura pequeña es un problema de ingeniería GHz difícil, que generalmente requiere un reflectómetro en el dominio del tiempo de muchos $100K, y si puedes detectar una desviación con una estructura simple como esta, puede haber un producto aquí.

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jp314 Puntos 1721

¿Está terminado su voladizo? es decir, ¿hay una resistencia de 50 Ω en él? Si no la hay, seguirá recibiendo una reflexión desde el final del mismo.

Si está terminado, entonces si la distancia restante es < 1/10 de la longitud de onda (0.6 mm), realmente no importa la coincidencia de impedancias.

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CPEng Puntos 39

Tres ideas,

  1. He utilizado un enfoque que utiliza un circuito resonante LC para eliminar efectivamente los efectos de la capacitancia parásita, realizando mediciones de condensadores microscópicos en un entorno físico imposible.. esto quizás sea irrelevante en tu escenario, ya que este enfoque solo funciona a una frecuencia.
  2. Haz que tu entorno de prueba sea mucho más grande físicamente y luego aplica técnicas de escalado..
  3. Utiliza un simulador EM de calidad para evitar un enfoque de prueba y error, yo uso HOBBIES ya que es capaz de simular tu entorno a la perfección.. ¡funciona en computadoras portátiles y supercomputadoras..!

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Enzica Labs Puntos 39

Solo suéldalo en frío.

Si son del mismo metal, enfríalo bastante criogénicamente. Asegúrate de que ambos metales estén libres de contaminación.

https://youtu.be/cgsuxEHxFjY

Si no son del mismo metal, prueba la soldadura por fricción. Si estás trabajando a escala nano, supongo que tienes muchos de estos para experimentar.

No estoy seguro de cuál es el grosor del electrodo superior. ¿Pero no puedes simplemente hacer un agujero (circular u ovalado) en el electrodo superior? Luego usa matemáticas para averiguar en qué ángulo entra el cono en el agujero para obtener tu área de superficie EXACTA deseada. ¿O es el electrodo superior intocable?

Además, ¿cuál es la aplicación de este caso especial?

Como último recurso, ¿puedes explotar/saturar el punto de contacto con ozono o alguna mezcla de gas(es) conductores? ¿Es este un aparato de prueba de una sola vez o necesita ser resistente para usos múltiples? ¿Puedes enfriar al límite este arreglo para reducir la impedancia?

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