Tổng quan về luận án

Hệ thống dẫn đường quán tính (Inertial Measurement Unit - IMU) đóng vai trò then chốt trong định vị, dẫn đường và điều khiển chuyển động ở các lĩnh vực hàng hải, hàng không vũ trụ, công nghiệp ô tô, robot tự hành và thiết bị di động thông minh. Một khối IMU tiêu chuẩn yêu cầu sự tích hợp đồng thời của ba cảm biến gia tốc (accelerometers) và ba cảm biến vận tốc góc (gyroscopes) đặt trực giao theo ba trục không gian. Mặc dù công nghệ vi cơ điện tử (Micro-Electro-Mechanical Systems - MEMS) đã mở ra kỷ nguyên thu nhỏ kích thước linh kiện với chi phí thấp và hiệu suất vượt trội, phần lớn các vi cảm biến quán tính thương mại vẫn đòi hỏi quy trình đóng gói chân không phức tạp và tốn kém nhằm giảm thiểu suy hao không khí.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi mà luận án giải quyết xuất phát từ thực tiễn: việc duy trì hệ số phẩm chất cao ($Q$) và độ nhạy lớn cho vi cảm biến quán tính khi vận hành trực tiếp trong môi trường áp suất khí quyển (1 atm) vẫn là thách thức công nghệ rất lớn. Đa số các thiết kế truyền thống gặp hiện tượng suy hao màng khí nén (squeeze-film damping) và suy hao màng khí trượt (slide-film damping) nghiêm trọng, cùng với hiện tượng kết cặp mode dao động đồng pha không mong muốn và độ nhạy chéo trục (cross-axis sensitivity) cao.

Luận án tập trung giải quyết các câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học sau:

  • Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Làm thế nào để thiết kế cấu trúc cơ học vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa nhằm triệt tiêu các mode dao động đồng pha ngoại lai và tối thiểu hóa suy hao nhớt của không khí mà không cần đóng vỏ chân không cao?
  • Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Cấu hình dầm treo và điện cực nào cho phép một vi cảm biến gia tốc điện dung đơn chip đo lường đồng thời 3 thành phần gia tốc ($X, Y, Z$) với độ nhạy chéo trục tối thiểu?
  • Giả thuyết 1 (H1): Việc chuyển đổi từ cấu trúc đế tấm liền khối sang cấu trúc treo trên đế khung (frame substrate) kết hợp cơ cấu chống mode đồng pha dạng bánh xe tự quay và dầm liên kết hình thoi sẽ nâng cao hệ số phẩm chất mode cảm ứng vượt trên $100$ trong môi trường khí quyển.
  • Giả thuyết 2 (H2): Cấu trúc thanh dầm gập dạng chữ L kết hợp hệ tụ răng lược vi sai sẽ tách biệt hoàn toàn độ cứng đàn hồi theo các phương trực giao, cho phép đạt độ tuyến tính cao và hạn chế tối đa nhiễu chéo giữa các trục đo gia tốc.

Khung lý thuyết của nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng cơ học dao động phi tuyến, động lực học Coriolis, cơ học vi chất lưu và lý thuyết tĩnh điện vi sai. Luận án ghi nhận đóng góp đột phá khi chế tạo thành công vi cảm biến vận tốc góc có hệ số phẩm chất mode cảm ứng đạt $Q = 111,2$, độ nhạy $11,56\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$ trong không khí, cùng vi cảm biến gia tốc ba bậc tự do có độ nhạy lần lượt là $13\text{ mV/g}$ (trục X), $11\text{ mV/g}$ (trục Y) và $0,2\text{ mV/g}$ (trục Z).

Literature Review và Positioning

Lịch sử phát triển của linh kiện vi cơ điện tử bắt đầu từ phát hiện về hiệu ứng áp điện trở trên Silicon và Germanium của Charles Smith (1954), tiếp nối bởi tầm nhìn mang tính cách mạng của Richard Feynman (1959) trong bài thuyết trình "Plenty of Room at the Bottom". Trải qua hơn sáu thập kỷ, lĩnh vực vi cảm biến quán tính đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc từ các cấu trúc con quay cơ học cổ điển, con quay quang học sợi quang (FOG) và laser vòng (RLG) đến các thế hệ vi cảm biến dao động silicon.

Trong nhánh nghiên cứu vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa (Tuning Fork Gyroscope - TFG), phòng thí nghiệm Draper Lab (1993) đã tiên phong phát triển cấu trúc dao động ngoài mặt phẳng trên phiến Silicon-On-Insulator (SOI) đạt hệ số phẩm chất kích thích $Q = 40.000$ và cảm ứng $Q = 5.000$ ở áp suất 100 Torr. Nhóm nghiên cứu của F. Ayazi tại Viện Công nghệ Georgia (2002) đã đạt bước đột phá với con quay dao động trong mặt phẳng có hệ số $Q$ lên tới $81.000$ (mode dẫn động) và $64.000$ (mode cảm ứng) nhờ cơ chế vi chỉnh tần số trùng khít ($0\text{ Hz}$ mode-matching) và độ nhạy $1,25\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$. Nhóm A. Shkel tại Đại học California Irvine (2005, 2009) đã đề xuất cấu trúc khối cảm ứng hai bậc tự do (2-DOF) nhằm mở rộng băng thông và thu được hệ số $Q \approx 76$ trong điều kiện khí quyển, cũng như phát triển con quay 4 khối gia trọng đối xứng (quad-mass gyroscope) để triệt tiêu ảnh hưởng của sốc cơ học. Tại Đại học Bắc Kinh, cấu trúc vi cảm biến vận tốc góc EFB nhạy trục Z hoạt động trong không khí đạt độ nhạy $2,9\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$ với mật độ phổ nhiễu $0,035^\circ/\text{s}/\sqrt{\text{Hz}}$.

Về cảm biến gia tốc, cột mốc thương mại hóa ADXL50 của Analog Devices (1991) đã khẳng định vị thế của cấu trúc điện dung vi sai so với cơ chế áp điện và áp điện trở nhờ khả năng đáp ứng tín hiệu tĩnh (DC response), tiêu thụ năng lượng thấp và độ trôi nhiệt nhỏ.

Trong bức tranh tổng quan đó, tồn tại hai luồng quan điểm đối lập trong thiết kế MEMS quán tính:

  1. Trường phái tối ưu hóa chân không: Tập trung đẩy hệ số $Q$ lên mức hàng chục nghìn đến hàng triệu bằng cách đóng gói chân không sâu ($< 1\text{ mTorr}$), đòi hỏi dây chuyền công nghệ đắt đỏ và tiềm ẩn rủi ro suy giảm chân không theo thời gian do rò rỉ khí (outgassing).
  2. Trường phái tối ưu hóa động lực học vi cấu trúc: Chấp nhận môi trường áp suất khí quyển nhưng thiết kế cấu trúc cơ học đặc thù để chủ động giảm suy hao nhớt của không khí và triệt tiêu nhiễu liên kết chéo.

Nghiên cứu của luận án định vị vững chắc ở trường phái thứ hai. So với nghiên cứu của F. Ayazi (vốn phụ thuộc hoàn toàn vào môi trường chân không) và nghiên cứu của Đại học Bắc Kinh (độ nhạy $2,9\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$), thiết kế của luận án vượt trội khi đạt độ nhạy $11,56\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$ ở áp suất khí quyển với hệ số $Q = 111,2$ nhờ cấu trúc giải phóng đế khung độc đáo và cơ cấu đẩy - kéo tự xoay.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng mô hình động lực học dao động vi cơ hai bậc tự do dưới tác động của lực quán tính Coriolis và môi trường suy hao liên tục. Phương trình vi phân chủ đạo mô tả chuyển động của hệ khối gia trọng - dầm đàn hồi - giảm chấn trong hệ quy chiếu phi quán tính được phát triển tổng quát:

$$m\ddot{x} + c_x \dot{x} + k_x x - 2m\Omega\dot{y} = F_d$$ $$m\ddot{y} + c_y \dot{y} + k_y y + 2m\Omega\dot{x} = 0$$

Trong đó, thành phần $F_C = 2m\Omega\dot{x}$ đóng vai trò liên kết động lực học giữa mode kích thích (phương X) và mode cảm ứng (phương Y). Luận án đóng góp về mặt lý thuyết thông qua việc mô hình hóa chính xác hàm truyền độ nhạy điện dung vi sai và cơ chế suy hao nhớt khí nén (squeeze damping) và suy hao khí trượt (slide damping). Cụ thể, mô hình chứng minh rằng việc chuyển đổi biên điều kiện biên từ dạng tấm phẳng kín sang dạng khung mở có các hốc giải phóng sẽ làm giảm gradient áp suất chất lưu dưới khối gia trọng, từ đó gia tăng trực tiếp hệ số phẩm chất cơ học của hệ dao động.

Đối với cảm biến gia tốc, luận án xây dựng mô hình giải tích cho hệ dầm gập dạng chữ L (L-shaped folded beam), chứng minh khả năng giải phóng ứng suất dư nhiệt và phân tách độc lập ma trận độ cứng ba chiều:

$$\mathbf{K} = \text{diag}(k_x, k_y, k_z)$$

Mô hình này giúp loại bỏ gần như hoàn toàn các thành phần độ cứng chéo $k_{xy}, k_{yz}, k_{zx}$, là nguyên nhân gốc rễ gây ra sai số chéo trục trong các cảm biến gia tốc đa trục truyền thống.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp chặt chẽ ba trụ cột lý thuyết:

  1. Lý thuyết động lực học Coriolis phi tuyến: Xác định đáp ứng tần số và biên độ dao động vi mô khi có chuyển động quay cưỡng bức.
  2. Lý thuyết biến đổi điện dung vi sai: Thiết lập mối quan hệ giữa chuyển vị cơ học $\Delta x, \Delta y, \Delta z$ với độ biến thiên điện dung $\Delta C$. Đối với cấu hình tụ răng lược thay đổi khoảng cách, độ nhạy điện dung vi sai được xác lập theo công thức: $$S = \frac{dC}{dx} \approx \frac{2\varepsilon\varepsilon_0 A}{d^2} \quad (\text{khi } d \gg x)$$ Đối với cấu hình tụ vi sai thay đổi diện tích đan xen, độ nhạy có tính tuyến tính lý tưởng: $$S = \frac{dC}{dx} = \frac{2\varepsilon\varepsilon_0 a}{d}$$
  3. Lý thuyết cơ học chất lưu vi mô: Phân tích định lượng sự tiêu tán năng lượng dao động qua lớp đệm không khí xung quanh các phiến răng lược và mặt đáy phiến silicon.

Điều kiện biên của khung phân tích được xác định rõ: dải vận tốc góc khảo sát từ $0$ đến $1000^\circ/\text{s}$, gia tốc tĩnh và động trong dải $\pm 10\text{g}$, nhiệt độ phòng ổn định ($25^\circ\text{C}$) tại áp suất khí quyển $1\text{ atm}$.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu tuân thủ nghiêm ngặt quan điểm nhận thức luận thực chứng (positivism) thông qua thiết kế nghiên cứu đa tầng kết hợp chặt chẽ giữa mô phỏng phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM), chế tạo vi cơ thực nghiệm tại phòng sạch và kiểm chuẩn đặc tính động học trên các hệ đo chuyên dụng.

Mô hình nghiên cứu được phân chia thành ba giai đoạn logic:

  • Giai đoạn 1: Mô phỏng tối ưu hóa hình học và phân tích mode dao động trên phần mềm ANSYS.
  • Giai đoạn 2: Thiết kế mặt nạ quang học bằng phần mềm CleWin và chế tạo chip vi cảm biến trên phiến SOI bằng công nghệ vi cơ khối khô.
  • Giai đoạn 3: Đóng gói, hàn dây, ghép nối mạch chuyển đổi C-V MS3110 và thu thập dữ liệu tự động hóa qua phần mềm LabVIEW.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình chế tạo vi cơ khối khô (Dry Bulk Micromachining) được tiến hành trên đế Silicon-On-Insulator (SOI) với độ dày lớp silicon linh kiện xác định, sử dụng các trang thiết bị kỹ thuật cao:

  1. Tạo màng và quang khắc: Phiến SOI được làm sạch bề mặt bằng dung dịch Piranha ($H_2SO_4:H_2O_2$), phủ lớp cản quang 1H-D7 bằng máy quay phủ chuyên dụng, sau đó phơi sáng tạo hình cấu trúc dầm và tụ răng lược trên máy quang khắc hai mặt PEM800.
  2. Khắc ăn mòn khô sâu (DRIE): Sử dụng hệ ăn mòn ion hoạt hóa sâu DRIE theo chu trình Bosch để tạo ra các vách rãnh thẳng đứng với tỷ số kích thước cạnh (aspect ratio) cao, định hình các dầm gấp, răng lược và khối quán tính.
  3. Xử lý plasma và giải phóng cấu trúc: Tẩy sạch lớp cản quang trong môi trường $O_2$ plasma. Tiến hành giải phóng lớp oxide đệm ($SiO_2$) bằng phương pháp ăn mòn hơi HF (HF vapor etching) trong cốc Teflon gia nhiệt chuyên biệt. Phương pháp khắc pha hơi này loại bỏ triệt để hiện tượng dính ướt cấu trúc (stiction) - lỗi phổ biến nhất làm phá hủy các thanh dầm vi cơ khi dùng dung dịch lỏng BHF.
  4. Hàn dây và đóng vỏ: Chip vi cảm biến sau khi giải phóng hoàn toàn được gắn lên đế gá và kết nối điện cực ra các chân cắm thông qua máy hàn dây siêu âm Westbond 7400C.

Data và phân tích

Hệ thống đo kiểm và thu nhận dữ liệu được thiết lập với độ chính xác cao:

  • Đo đặc trưng vi cảm biến vận tốc góc: Sử dụng động cơ servo điều khiển số có độ chính xác góc cao để tạo vận tốc quay chuẩn $\Omega$. Tín hiệu biến thiên điện dung cực nhỏ từ các bản cực răng lược được chuyển đổi thành điện áp thông qua module vi mạch chuyên dụng MS3110. Tín hiệu điện áp analog được số hóa bằng card thu thập dữ liệu NI USB-6009 và truyền về máy tính qua giao diện lập trình LabVIEW để hiển thị và xử lý phổ tần số.
  • Đo đặc trưng vi cảm biến gia tốc: Khảo sát đáp ứng tĩnh thông qua phép thử góc nghiêng trong trường trọng lực trái đất ($1\text{g}$). Khảo sát đáp ứng động bằng cách gắn cảm biến lên bàn rung chuẩn, đối chiếu trực tiếp với tín hiệu của gia tốc kế tiêu chuẩn AVT-CZ Mitutoyo.

Mọi phân tích mode dao động trên ANSYS đều được đối sánh với dữ liệu quét đáp ứng tần số thực tế nhằm đánh giá độ tin cậy và sai lệch chế tạo.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Luận án đã đạt được các kết quả thực nghiệm đột phá với số liệu minh chứng cụ thể:

  1. Hiệu năng hoạt động vượt trội trong môi trường không khí của vi cảm biến vận tốc góc âm thoa: Bằng chứng thực nghiệm khẳng định "vi cảm biến vận tốc góc với hệ số phẩm chất mode cảm ứng 111,2 và độ nhạy 11,56 mV/o/s cho thấy khả năng hoạt động của linh kiện trong môi trường không khí". Đây là chỉ số phẩm chất rất cao đối với một con quay vi cơ hoạt động không cần đóng gói chân không.

  2. Triệt tiêu hoàn toàn các mode dao động đồng pha không mong muốn: Nhờ tích hợp hệ dầm liên kết hình thoi giữa hai khối gia trọng và cơ cấu đẩy - kéo gắn với vòng tròn tự xoay, cảm biến chỉ cho phép hai khối gia trọng dao động ngược pha (anti-phase) ở cả mode dẫn động và mode cảm ứng. Dữ liệu phân tích mode trên ANSYS và phổ đáp ứng tần số thực tế cho thấy các mode ngoại lai đồng pha bị đẩy xa khỏi tần số làm việc, triệt tiêu hiện tượng giao thoa mode.

  3. Chế tạo thành công vi cảm biến gia tốc ba bậc tự do có độ nhạy chéo trục cực thấp: Kết quả đo đạc thực nghiệm chứng minh "cấu trúc thanh dầm gập dạng L. Cấu trúc của cảm biến cho phép giảm thiểu hiện tượng chéo trục và cho phép xác định đồng thời ba thành phần gia tốc với độ nhạy theo phương X, Y và Z tương ứng là 13 mV/g, 11 mV/g và 0,2 mV/g".

  4. Giảm thiểu suy hao nhớt nhờ cấu hình đế khung: So sánh mô phỏng và thực nghiệm giữa vi cảm biến đế tấm liền và đế khung hở cho thấy cấu hình đế khung giúp giảm tổn hao màng khí nén tới hơn $40%$, trực tiếp nâng cao hệ số phẩm chất $Q$ mà không làm suy giảm độ bền cơ học của dầm treo.

Implications đa chiều

  • Về mặt lý thuyết: Luận án cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác chứng minh tính đúng đắn của mô hình giảm chấn màng khí trên cấu trúc vi cơ có hốc giải phóng, bổ sung cơ sở lý luận cho thiết kế cảm biến MEMS cộng hưởng trong môi trường nhớt.
  • Về mặt phương pháp luận: Chu trình công nghệ kết hợp DRIE và ăn mòn hơi HF trong cốc Teflon gia nhiệt đã thiết lập một quy trình chuẩn hóa có khả năng lặp lại cao, giải quyết triệt để vấn đề dính ướt cấu trúc trong chế tạo MEMS tại Việt Nam.
  • Về mặt ứng dụng thực tiễn: Thành công của nghiên cứu cho phép sản xuất các module IMU giá thành thấp phục vụ trực tiếp ngành công nghiệp ô tô (hệ thống cân bằng điện tử ESP, phát hiện va chạm bung túi khí), thiết bị bay không người lái (UAV) và robot tự hành mà không chịu gánh nặng chi phí từ công nghệ đóng vỏ chân không cao.

Limitations và Future Research

Nghiên cứu duy trì tính khách quan khoa học khi thẳng thắn chỉ ra các giới hạn nội tại:

  1. Độ nhạy trục Z của cảm biến gia tốc còn khiêm tốn ($0,2\text{ mV/g}$): Thấp hơn đáng kể so với hai trục trong mặt phẳng X ($13\text{ mV/g}$) và Y ($11\text{ mV/g}$) do cấu hình điện cực đo biến dạng ngoài mặt phẳng có diện tích hữu công hạn chế.
  2. Mức độ tích hợp hệ thống: Cảm biến vận tốc góc và cảm biến gia tốc vẫn được chế tạo trên các chip đơn lẻ riêng biệt, chưa tích hợp nguyên khối (monolithic integration) trên cùng một đế bán dẫn.
  3. Mạch xử lý tín hiệu: Việc sử dụng module chuyển đổi C-V MS3110 rời bên ngoài và card NI USB-6009 làm tăng kích thước tổng thể của hệ đo, chưa thu nhỏ thành vi mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC) hay tích hợp mạch vòng khóa pha (PLL) tự động khóa tần số cộng hưởng.

Chương trình nghiên cứu tiếp theo (Future Research Agenda):

  • Tối ưu hóa cấu trúc điện cực răng lược phân tầng nhằm nâng cao độ nhạy của trục Z lên tương đương trục X và Y ($> 10\text{ mV/g}$).
  • Phát triển công nghệ chế tạo tích hợp monolithic 6-DOF IMU (3 trục gia tốc + 3 trục vận tốc góc) trên một chip silicon duy nhất.
  • Thiết kế vi mạch giao tiếp chuyên dụng ASIC đóng gói cùng chip cảm biến (System-in-Package - SiP) tích hợp thuật toán bù trôi nhiệt độ tự động.

Tác động và ảnh hưởng

  • Ảnh hưởng học thuật: Nghiên cứu đã công bố các bài báo khoa học chất lượng cao trên các tạp chí quốc tế uy tín, tiêu biểu là bài báo "Z-Axis Micromachined Tuning Fork Gyroscope with Low Air Damping" trên tạp chí Micromachines (2017), tạo nguồn trích dẫn quan trọng cho cộng đồng nghiên cứu MEMS khu vực và thế giới.
  • Chuyển đổi công nghiệp: Mở ra giải pháp chế tạo cảm biến quán tính chi phí thấp cho các doanh nghiệp công nghệ trong nước, phục vụ công nghiệp phụ trợ ô tô, thiết bị nông nghiệp thông minh và quan trắc địa chấn công trình.
  • Quốc phòng và an ninh: Đặt nền móng kỹ thuật tự chủ cho việc chế tạo các hệ thống dẫn đường quán tính sơ cấp cho tàu thuyền, thiết bị lặn và phương tiện không người lái.

Đối tượng hưởng lợi

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành MEMS/Vi điện tử: Tiếp cận phương pháp luận thiết kế, mô phỏng ANSYS và quy trình công nghệ vi cơ khối khô chuẩn xác.
  • Các nhà khoa học và chuyên gia vi hệ thống: Kế thừa giải pháp thiết kế cơ cấu đẩy - kéo chống mode đồng pha và kỹ thuật giải phóng màng bằng hơi HF.
  • Kỹ sư R&D trong ngành công nghiệp ô tô và tự động hóa: Ứng dụng trực tiếp thiết kế cảm biến vận tốc góc và gia tốc có khả năng hoạt động bền bỉ ở điều kiện áp suất khí quyển.
  • Các nhà hoạch định chính sách phát triển công nghệ cao: Có căn cứ thực tiễn để đầu tư phát triển phòng sạch chế tạo MEMS và các trung tâm thiết kế bán dẫn vi cơ tại Việt Nam.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Đó là việc tích hợp thành công mô hình cơ học vi chất lưu màng khí nén/trượt với mô hình động lực học Coriolis trên cấu trúc âm thoa đế khung hở, chứng minh bằng giải tích và thực nghiệm rằng việc mở rộng các biên giải phóng chất lưu giúp triệt tiêu áp suất nhớt cục bộ, nâng hệ số $Q$ lên $111,2$ trong không khí mà không cần hạ áp suất môi trường.

2. Điểm mới về phương pháp luận chế tạo so với các nghiên cứu quốc tế? So với các nghiên cứu của Draper Lab (1993) hay F. Ayazi (2002) vốn dùng công nghệ ăn mòn ướt hoặc đóng gói chân không phức tạp, luận án đã chuẩn hóa quy trình ăn mòn khô sâu DRIE trên phiến SOI kết hợp công nghệ giải phóng oxide đệm bằng hơi HF (HF vapor) trong cốc Teflon gia nhiệt, ngăn ngừa hoàn toàn hiện tượng dính ướt cấu trúc mà không cần thiết bị sấy thăng hoa điểm tới hạn ($CO_2$ critical point dryer) đắt tiền.

3. Phát hiện bất ngờ nhất trong quá trình đo đạc thực nghiệm là gì? Cơ cấu dầm hình thoi kết hợp bánh xe tự xoay không chỉ triệt tiêu mode đồng pha mà còn tạo ra sự ổn định tần số cộng hưởng cực cao giữa mode kích thích và mode cảm ứng, giúp độ nhạy con quay đạt tới $11,56\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$ ở áp suất khí quyển, cao gấp gần 4 lần so với cấu trúc EFB của Đại học Bắc Kinh ($2,9\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$).

4. Luận án có cung cấp đầy đủ quy trình lặp lại (replication protocol) không? Có. Toàn bộ các thông số kỹ thuật từ kích thước dầm, khe hở răng lược ($d$), thiết kế mặt nạ trên CleWin, thông số quy trình DRIE, nồng độ hóa chất làm sạch Piranha, thời gian ăn mòn hơi HF và sơ đồ đấu nối vi mạch MS3110 đều được trình bày chi tiết và chuẩn hóa.

5. Tầm nhìn nghiên cứu 10 năm tiếp theo từ kết quả luận án? Hướng tới làm chủ hoàn toàn công nghệ chế tạo chip IMU 6 trục nguyên khối (monolithic 6-DOF) tại Việt Nam, tích hợp mạch xử lý ASIC và thuật toán lọc Kalman thích nghi trên chip để ứng dụng trong dẫn đường tự chủ cho thiết bị bay thông minh.

Kết luận

  1. Thiết kế và chế tạo thành công vi cảm biến vận tốc góc kiểu âm thoa hoạt động ở áp suất khí quyển, đạt hệ số phẩm chất mode cảm ứng $Q = 111,2$ và độ nhạy $11,56\text{ mV}/(^\circ/\text{s})$.
  2. Đề xuất và hiện thực hóa cơ cấu đẩy - kéo tự xoay kết hợp dầm hình thoi, loại bỏ triệt để các mode dao động đồng pha ký sinh trong cảm biến vận tốc góc.
  3. Chế tạo thành công vi cảm biến gia tốc điện dung ba bậc tự do sử dụng dầm gập chữ L, đạt độ nhạy $13\text{ mV/g}$ (trục X), $11\text{ mV/g}$ (trục Y), $0,2\text{ mV/g}$ (trục Z) và triệt giảm hiệu quả độ nhạy chéo trục.
  4. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ vi cơ khối khô trên đế SOI sử dụng kỹ thuật ăn mòn khô sâu DRIE và giải phóng màng bằng hơi HF chống dính ướt.
  5. Thiết lập đồng bộ các hệ thống đo kiểm đặc tính động học sử dụng module C-V MS3110, card NI USB-6009 và phần mềm LabVIEW kết hợp thiết bị chuẩn Mitutoyo.
  6. Mở ra triển vọng tự chủ công nghệ thiết kế và chế tạo hệ thống đo lường dẫn đường quán tính MEMS phục vụ các ngành công nghiệp và quốc phòng trong nước.