KleurDe kleurensensor is de miniaturisatie van de spectrometer uit de natuurkundeboekjes van de middelbare school. De sensor kreeg al veel aandacht van de pers en de toepassingen zijn dan ook legio.
Een veelbelovend toepassingsgebied is de biomedische sector. Zo kunnen minieme kleurverschillen in de huid boven kankergezwellen die met het oog niet waarneembaar zijn, met de sensor gesignaleerd worden. En tandartsen die protheses willen aanbrengen kunnen heel nauwkeurig de kleur van het gebit opmeten. Maar ook kleurenprinters en de verfindustrie kunnen profijt hebben van deze chip.
De truc van deze chip is de ontdekking dat silicium niet alleen halfgeleider-eigenschappen heeft, maar ook als spiegel gebruikt kan worden. In twee gestapelde chips met een totale afmeting van vier bij vier millimeter en één millimeter dikte, is een tralie van 100 bij 2000 micrometer (25 spleetjes) aangebracht. Deze tralie rafelt het invallende licht uiteen. Het spectrum dat daarbij ontstaat, wordt via een aantal spiegelende oppervlakten naar een twaalftal fotodetectoren geleid. Als op een detector (een diode) licht valt, gaat er een stroompje door lopen. Elke combinatie van stroompjes door de diodes is karakteristiek voor een bepaalde kleur.
De hele spectrometer kan met siliciumtechnologie gemaakt worden. Om silicium spiegelend te maken is gebruik gemaakt van speciale etstechnieken in silicium en zijn nieuwe groei- en vloeitechnieken gebruikt. Voor extra spiegeling is een heel dun laagje aluminium aangebracht. Dr.ir. Tom Kwa van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveerde 19 juni cum laude op dit ontwerp. (Projectleider: dr.ir. R. Wolffenbuttel, universitair hoofddocent aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De windmeter kun je zien als de warme vinger op chip-niveau. Om te voelen waar de wind vandaan komt, steekt de zeiler zijn nat gemaakte vinger de lucht in. De kant van de vinger die het koudst voelt geeft de windrichting aan. De flowsensor maakt ook gebruik van deze temperatuurverschillen. Die verschillen in temperatuur veroorzaken meetbare potentiaalverschillen in contactpunten tussen verschillende materialen (in vaktermen, een thermokoppel).
Hoe werkt dat? Je neemt twee draadjes van verschillende materialen. Aan een kant las je ze aan elkaar (de warme las), tussen de twee andere uiteinden zet je een voltmeter (koude las). Wanneer de temperatuur bij de warme las hoger is dan bij de koude las, zal er een contactpotentiaal ontstaan waarbij de potentiaal in het ene draadje hoger is dan in het andere en de voltmeter uitslaat. Zo kunnen temperatuurverschillen van enkele honderdsten graden nog gemeten worden.
Door een heleboel van deze draadjes in serie te schakelen ontstaat een nog veel groter potentiaalverschil. Wanneer je de temperatuurverschillen in twee richtingen weet, kun je met behulp van vectoren de windrichting en snelheid bepalen. Door de draadjes van aluminium en geleidend silicium (waar veel boor door gemengd is) te maken kan het geheel met de gebruikelijke siliciumtechnologie gemaakt worden.
De chip die de zeiler in zijn windmeter aantreft, is vier bij vier millimeter en 0,5 millimeter dik. De onnauwkeurigheid van deze sensor is in de windsnelheid maximaal drie procent en in de windrichting maximaal twee graden. Ir. Huibert-Jan Verhoeven hoopt over een half jaar te promoveren bij de vakgroep elektronische instrumentatie op het ontwerp van dit type flowmeter. (Projectleider: prof.dr.ir. J.H. Huijsing, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De moduleerbare spiegel is een gewild object. Reeds vele jaren werken wetenschappers in diverse landen aan een spiegel die vervormbaar is. Optici gebruiken namelijk twee basiselementen, lenzen en spiegels. Als een lens vervangen kan worden door een kromme spiegel, dan verdient dat de voorkeur omdat spiegels licht minder ‘veranderen’. Een vervormbare spiegel zou zelfs oneindig veel lenzen kunnen vervangen.
Het meeste flexibele materiaal heeft echter de eigenschap dat het niet precies meer terugbuigt naar de oorspronkelijke staat. Het gebogen koffie-roerstokjes-effect: eens vervormd blijft vervormd. Silicium blijkt echter perfect mechanisch materiaal dat wel exact hetzelfde ‘terugvormt’ zoals het was.
Voor de moduleerbare chip heeft Dimes een speciale technologie ontwikkeld, waarmee een hele dunne siliciumnitride-membraan (0,5 micrometer dik) in een rigide raampje van één vierkante centimeter gemaakt kan worden. Daarover wordt nog een 0,1 micrometer dik laagje aluminium aangebracht om het oppervlak nog spiegelender te maken.
Precies onder dit membraan, op zeer korte afstand hiervan, komt een nieuwe siliciumlaag met daarop een rooster van zestien kleine aluminium uitsteeksels. Wanneer er op het membraan en één van de zestien nopjes dezelfde lading aangebracht wordt, zal het membraan boven dit uitsteeksel plaatselijk opbollen door elektrostatische krachten. Immers plus en plus stoot elkaar af. Zo vervormt de spiegel.
De moduleerbare spiegel is het eerste optische systeem dat volledig met micro-elektronicatechnieken gemaakt is. Met deze spiegel kunnen vervormde beelden uit telescopen en fototoestellen makkelijk verbeterd worden. Beeldcorrecties in de Hubble-ruimtetelescoop kunnen dan vanaf de grond plaatsvinden, in plaats dat daarvoor speciaal astronauten de ruimte in moeten. In de verre toekomst kan ook aan toepassingen in de dataverzending via glasvezels gedacht worden. Door licht van de spiegel beurtelings op verschillende glasvezels te reflecteren, kunnen data van glasvezel veranderen. MSc. Gleb Vdovin hoopt eind 1996 te promoveren op het ontwerp van deze chip. (Projectleider: prof.dr. S. Middelhoek, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De hoekmeter is een mechanische constructie met een chip erin die de hoekverdraaiing om een as kan meten. In de meter wordt gebruik gemaakt van complexe elektronica om de bijbehorende mechanische onderdelen eenvoudiger te kunnen maken. Door 27 metingen binnen enkele milliseconde uit te voeren kan de chip heel snel een hoek meten met een onnauwkeurigheid van ongeveer een duizendste graad.
Het mechanische deel bestaat uit twee ronde metalen platen met een diameter van vijf centimeter, die op korte afstand van elkaar worden geplaatst. Daartussen ontstaat een capaciteit. Die capaciteit is afhankelijk van de oppervlakte van deze platen. Oppervlakte groter, capaciteit groter. Indien een derde afschermende plaat tussen de twee vaste platen aangebracht wordt, wordt de totale capaciteit nul.
De hele plaatscondensator zit gefixeerd op de bodem van een cilindervormige omhulsel. In het midden zit een gat waar een as doorloopt. Gefixeerd aan deze as, zit de derde plaat waar vier taartpunten uitgehaald zijn: de meetvaan. Wanneer de as draait zal deze meetvaan meedraaien maar de condensator niet. Het deel van de condensator dat door de vaan bedekt is, zal veranderen. Op bedekte delen van de condensator is de capaciteit nul, op andere delen niet.
De positie van het vaantje ten opzichte van de vaste condensator, en dus de verdraaiing van de as ten opzichte van het omhulsel, kan bepaald worden door de onderste plaat op te delen in 27 taartpuntjes (van elkaar gescheiden door strookjes isolerend materiaal) en van elk afzonderlijk de capaciteit te bepalen met behulp van wisselspanning.
Daar komen de chips van Dimes bij van pas. Elk segment is verbonden met een elektronische schakelaar in de chip (transistoren die open en dicht gaan) die razendsnel het betreffende segment verbindt met een mini-oscillator op de chip. De periode van de wisselspanning die deze mini-oscillator opwekt, is afhankelijk van de capaciteit van het segment. Een microcontroler (een standaard chip die Dimes kant en klaar inkoopt) telt het aantal periodes, wat een maat is voor de capaciteit.
De hoekmeter zou uitermate geschikt zijn om te gebruik in platenspelers maar die worden niet veel meer geproduceerd. Er wordt gewerkt aan toepassingen in robots, aan radarantennes of meetapparatuur om standen van de rolroeren in vliegtuigvleugels te controleren. (Projectleider: dr.ir. G.C.M. Meijer, universitair hoofddocent aan de vakgroep Elektronica.)
De wavelength division demultiplexer (WDM) kan de capaciteit van de glasvezels die computerdata verzenden enorm vergroten. Iets dat hard nodig is, want nu reeds kan het minuten duren voor een intercontinentale boodschap doorkomt wegens file op de electronic highway.
De WDM is een chipmodule die bij Dimes ontworpen is en diezijn sporen in de telecommunicatie reeds verdiend heeft. Inmiddels wordt hij gebruikt bij de Amerikaanse AT&T en ook de Japanse NTT. Zelfs Siemens, die jaren aan een ander type chip heeft gewerkt, is overgegaan op de Dimes-variant.
De chip maakt gebruik van de mogelijkheid om licht van verschillende ‘kleuren’ tegelijkertijd over dezelfde glasvezel te sturen. Zo kunnen acht of zestien boodschappen in de vorm van lichtsignalen, elk van een verschillende golflengte (‘kleur’) in het infra-rood venster, door een kabel gestuurd worden, waardoor de capaciteit van de glasvezel toeneemt. Dat vereist wel dat de boodschappen ook weer ontrafeld kunnen worden. Dit gebeurt in een zelfde chip waarin een ‘kleuren’detector zit.
De chipmodule is dus opgebouwd uit twee delen: een optische chip gemaakt van indiumposphide, die fotonstromen omzet naar elektronenstromen en een elektronische silicium-chip, die de verkregen zwakke elektrische signalen versterkt. Via hoogfrequentie-connectoren komt het signaal uiteindelijk weer bij de computer aan. Nu zijn al frequenties tot 1 gigabit per seconde haalbaar en in de toekomst zal 2,4 gigabit per seconde mogelijk zijn.
De optische chip wordt gemaakt in indiumfosfide omdat met silicium geen detector gemaakt kan worden voor kleuren van lange golflengten (infra-rood licht). Licht uit het zichtbare spectrum zou te veel verlies te geven op glasvezels.
Vanwege de noodzaak met indiumfosfide te werken wordt de optische chip in samenwerking met de universiteit van Gent en met Eindhoven gemaakt. Zij leveren de plak waar de verticale lagenstructuur reeds inzit. In de laagbouw achter Dimes bevindt zich een speciaal laboratorium voor het etsen, metaliseren en verder processen van de plakken.
Met dit type module kunnen ook boodschappen gerouteerd worden. Voor lokale netwerken zoals Dunet zouden verschillende adressen moeten corresponderen met een bepaalde kleur. Boodschappen van een bepaalde kleur, door welke zender dan ook verstuurd, komen vanzelf op de bijbehorende bestemming. (Projectleider: dr.ir. M.K. Smit, universitair hoofddocent vakgroep telecommunicatie en tele-observatietechnologie.)
,,,,
Kleur
De kleurensensor is de miniaturisatie van de spectrometer uit de natuurkundeboekjes van de middelbare school. De sensor kreeg al veel aandacht van de pers en de toepassingen zijn dan ook legio. Een veelbelovend toepassingsgebied is de biomedische sector. Zo kunnen minieme kleurverschillen in de huid boven kankergezwellen die met het oog niet waarneembaar zijn, met de sensor gesignaleerd worden. En tandartsen die protheses willen aanbrengen kunnen heel nauwkeurig de kleur van het gebit opmeten. Maar ook kleurenprinters en de verfindustrie kunnen profijt hebben van deze chip.
De truc van deze chip is de ontdekking dat silicium niet alleen halfgeleider-eigenschappen heeft, maar ook als spiegel gebruikt kan worden. In twee gestapelde chips met een totale afmeting van vier bij vier millimeter en één millimeter dikte, is een tralie van 100 bij 2000 micrometer (25 spleetjes) aangebracht. Deze tralie rafelt het invallende licht uiteen. Het spectrum dat daarbij ontstaat, wordt via een aantal spiegelende oppervlakten naar een twaalftal fotodetectoren geleid. Als op een detector (een diode) licht valt, gaat er een stroompje door lopen. Elke combinatie van stroompjes door de diodes is karakteristiek voor een bepaalde kleur.
De hele spectrometer kan met siliciumtechnologie gemaakt worden. Om silicium spiegelend te maken is gebruik gemaakt van speciale etstechnieken in silicium en zijn nieuwe groei- en vloeitechnieken gebruikt. Voor extra spiegeling is een heel dun laagje aluminium aangebracht. Dr.ir. Tom Kwa van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveerde 19 juni cum laude op dit ontwerp. (Projectleider: dr.ir. R. Wolffenbuttel, universitair hoofddocent aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De windmeter kun je zien als de warme vinger op chip-niveau. Om te voelen waar de wind vandaan komt, steekt de zeiler zijn nat gemaakte vinger de lucht in. De kant van de vinger die het koudst voelt geeft de windrichting aan. De flowsensor maakt ook gebruik van deze temperatuurverschillen. Die verschillen in temperatuur veroorzaken meetbare potentiaalverschillen in contactpunten tussen verschillende materialen (in vaktermen, een thermokoppel).
Hoe werkt dat? Je neemt twee draadjes van verschillende materialen. Aan een kant las je ze aan elkaar (de warme las), tussen de twee andere uiteinden zet je een voltmeter (koude las). Wanneer de temperatuur bij de warme las hoger is dan bij de koude las, zal er een contactpotentiaal ontstaan waarbij de potentiaal in het ene draadje hoger is dan in het andere en de voltmeter uitslaat. Zo kunnen temperatuurverschillen van enkele honderdsten graden nog gemeten worden.
Door een heleboel van deze draadjes in serie te schakelen ontstaat een nog veel groter potentiaalverschil. Wanneer je de temperatuurverschillen in twee richtingen weet, kun je met behulp van vectoren de windrichting en snelheid bepalen. Door de draadjes van aluminium en geleidend silicium (waar veel boor door gemengd is) te maken kan het geheel met de gebruikelijke siliciumtechnologie gemaakt worden.
De chip die de zeiler in zijn windmeter aantreft, is vier bij vier millimeter en 0,5 millimeter dik. De onnauwkeurigheid van deze sensor is in de windsnelheid maximaal drie procent en in de windrichting maximaal twee graden. Ir. Huibert-Jan Verhoeven hoopt over een half jaar te promoveren bij de vakgroep elektronische instrumentatie op het ontwerp van dit type flowmeter. (Projectleider: prof.dr.ir. J.H. Huijsing, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De moduleerbare spiegel is een gewild object. Reeds vele jaren werken wetenschappers in diverse landen aan een spiegel die vervormbaar is. Optici gebruiken namelijk twee basiselementen, lenzen en spiegels. Als een lens vervangen kan worden door een kromme spiegel, dan verdient dat de voorkeur omdat spiegels licht minder ‘veranderen’. Een vervormbare spiegel zou zelfs oneindig veel lenzen kunnen vervangen.
Het meeste flexibele materiaal heeft echter de eigenschap dat het niet precies meer terugbuigt naar de oorspronkelijke staat. Het gebogen koffie-roerstokjes-effect: eens vervormd blijft vervormd. Silicium blijkt echter perfect mechanisch materiaal dat wel exact hetzelfde ‘terugvormt’ zoals het was.
Voor de moduleerbare chip heeft Dimes een speciale technologie ontwikkeld, waarmee een hele dunne siliciumnitride-membraan (0,5 micrometer dik) in een rigide raampje van één vierkante centimeter gemaakt kan worden. Daarover wordt nog een 0,1 micrometer dik laagje aluminium aangebracht om het oppervlak nog spiegelender te maken.
Precies onder dit membraan, op zeer korte afstand hiervan, komt een nieuwe siliciumlaag met daarop een rooster van zestien kleine aluminium uitsteeksels. Wanneer er op het membraan en één van de zestien nopjes dezelfde lading aangebracht wordt, zal het membraan boven dit uitsteeksel plaatselijk opbollen door elektrostatische krachten. Immers plus en plus stoot elkaar af. Zo vervormt de spiegel.
De moduleerbare spiegel is het eerste optische systeem dat volledig met micro-elektronicatechnieken gemaakt is. Met deze spiegel kunnen vervormde beelden uit telescopen en fototoestellen makkelijk verbeterd worden. Beeldcorrecties in de Hubble-ruimtetelescoop kunnen dan vanaf de grond plaatsvinden, in plaats dat daarvoor speciaal astronauten de ruimte in moeten. In de verre toekomst kan ook aan toepassingen in de dataverzending via glasvezels gedacht worden. Door licht van de spiegel beurtelings op verschillende glasvezels te reflecteren, kunnen data van glasvezel veranderen. MSc. Gleb Vdovin hoopt eind 1996 te promoveren op het ontwerp van deze chip. (Projectleider: prof.dr. S. Middelhoek, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De hoekmeter is een mechanische constructie met een chip erin die de hoekverdraaiing om een as kan meten. In de meter wordt gebruik gemaakt van complexe elektronica om de bijbehorende mechanische onderdelen eenvoudiger te kunnen maken. Door 27 metingen binnen enkele milliseconde uit te voeren kan de chip heel snel een hoek meten met een onnauwkeurigheid van ongeveer een duizendste graad.
Het mechanische deel bestaat uit twee ronde metalen platen met een diameter van vijf centimeter, die op korte afstand van elkaar worden geplaatst. Daartussen ontstaat een capaciteit. Die capaciteit is afhankelijk van de oppervlakte van deze platen. Oppervlakte groter, capaciteit groter. Indien een derde afschermende plaat tussen de twee vaste platen aangebracht wordt, wordt de totale capaciteit nul.
De hele plaatscondensator zit gefixeerd op de bodem van een cilindervormige omhulsel. In het midden zit een gat waar een as doorloopt. Gefixeerd aan deze as, zit de derde plaat waar vier taartpunten uitgehaald zijn: de meetvaan. Wanneer de as draait zal deze meetvaan meedraaien maar de condensator niet. Het deel van de condensator dat door de vaan bedekt is, zal veranderen. Op bedekte delen van de condensator is de capaciteit nul, op andere delen niet.
De positie van het vaantje ten opzichte van de vaste condensator, en dus de verdraaiing van de as ten opzichte van het omhulsel, kan bepaald worden door de onderste plaat op te delen in 27 taartpuntjes (van elkaar gescheiden door strookjes isolerend materiaal) en van elk afzonderlijk de capaciteit te bepalen met behulp van wisselspanning.
Daar komen de chips van Dimes bij van pas. Elk segment is verbonden met een elektronische schakelaar in de chip (transistoren die open en dicht gaan) die razendsnel het betreffende segment verbindt met een mini-oscillator op de chip. De periode van de wisselspanning die deze mini-oscillator opwekt, is afhankelijk van de capaciteit van het segment. Een microcontroler (een standaard chip die Dimes kant en klaar inkoopt) telt het aantal periodes, wat een maat is voor de capaciteit.
De hoekmeter zou uitermate geschikt zijn om te gebruik in platenspelers maar die worden niet veel meer geproduceerd. Er wordt gewerkt aan toepassingen in robots, aan radarantennes of meetapparatuur om standen van de rolroeren in vliegtuigvleugels te controleren. (Projectleider: dr.ir. G.C.M. Meijer, universitair hoofddocent aan de vakgroep Elektronica.)
De wavelength division demultiplexer (WDM) kan de capaciteit van de glasvezels die computerdata verzenden enorm vergroten. Iets dat hard nodig is, want nu reeds kan het minuten duren voor een intercontinentale boodschap doorkomt wegens file op de electronic highway.
De WDM is een chipmodule die bij Dimes ontworpen is en diezijn sporen in de telecommunicatie reeds verdiend heeft. Inmiddels wordt hij gebruikt bij de Amerikaanse AT&T en ook de Japanse NTT. Zelfs Siemens, die jaren aan een ander type chip heeft gewerkt, is overgegaan op de Dimes-variant.
De chip maakt gebruik van de mogelijkheid om licht van verschillende ‘kleuren’ tegelijkertijd over dezelfde glasvezel te sturen. Zo kunnen acht of zestien boodschappen in de vorm van lichtsignalen, elk van een verschillende golflengte (‘kleur’) in het infra-rood venster, door een kabel gestuurd worden, waardoor de capaciteit van de glasvezel toeneemt. Dat vereist wel dat de boodschappen ook weer ontrafeld kunnen worden. Dit gebeurt in een zelfde chip waarin een ‘kleuren’detector zit.
De chipmodule is dus opgebouwd uit twee delen: een optische chip gemaakt van indiumposphide, die fotonstromen omzet naar elektronenstromen en een elektronische silicium-chip, die de verkregen zwakke elektrische signalen versterkt. Via hoogfrequentie-connectoren komt het signaal uiteindelijk weer bij de computer aan. Nu zijn al frequenties tot 1 gigabit per seconde haalbaar en in de toekomst zal 2,4 gigabit per seconde mogelijk zijn.
De optische chip wordt gemaakt in indiumfosfide omdat met silicium geen detector gemaakt kan worden voor kleuren van lange golflengten (infra-rood licht). Licht uit het zichtbare spectrum zou te veel verlies te geven op glasvezels.
Vanwege de noodzaak met indiumfosfide te werken wordt de optische chip in samenwerking met de universiteit van Gent en met Eindhoven gemaakt. Zij leveren de plak waar de verticale lagenstructuur reeds inzit. In de laagbouw achter Dimes bevindt zich een speciaal laboratorium voor het etsen, metaliseren en verder processen van de plakken.
Met dit type module kunnen ook boodschappen gerouteerd worden. Voor lokale netwerken zoals Dunet zouden verschillende adressen moeten corresponderen met een bepaalde kleur. Boodschappen van een bepaalde kleur, door welke zender dan ook verstuurd, komen vanzelf op de bijbehorende bestemming. (Projectleider: dr.ir. M.K. Smit, universitair hoofddocent vakgroep telecommunicatie en tele-observatietechnologie.)
Kleur
De kleurensensor is de miniaturisatie van de spectrometer uit de natuurkundeboekjes van de middelbare school. De sensor kreeg al veel aandacht van de pers en de toepassingen zijn dan ook legio. Een veelbelovend toepassingsgebied is de biomedische sector. Zo kunnen minieme kleurverschillen in de huid boven kankergezwellen die met het oog niet waarneembaar zijn, met de sensor gesignaleerd worden. En tandartsen die protheses willen aanbrengen kunnen heel nauwkeurig de kleur van het gebit opmeten. Maar ook kleurenprinters en de verfindustrie kunnen profijt hebben van deze chip.
De truc van deze chip is de ontdekking dat silicium niet alleen halfgeleider-eigenschappen heeft, maar ook als spiegel gebruikt kan worden. In twee gestapelde chips met een totale afmeting van vier bij vier millimeter en één millimeter dikte, is een tralie van 100 bij 2000 micrometer (25 spleetjes) aangebracht. Deze tralie rafelt het invallende licht uiteen. Het spectrum dat daarbij ontstaat, wordt via een aantal spiegelende oppervlakten naar een twaalftal fotodetectoren geleid. Als op een detector (een diode) licht valt, gaat er een stroompje door lopen. Elke combinatie van stroompjes door de diodes is karakteristiek voor een bepaalde kleur.
De hele spectrometer kan met siliciumtechnologie gemaakt worden. Om silicium spiegelend te maken is gebruik gemaakt van speciale etstechnieken in silicium en zijn nieuwe groei- en vloeitechnieken gebruikt. Voor extra spiegeling is een heel dun laagje aluminium aangebracht. Dr.ir. Tom Kwa van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveerde 19 juni cum laude op dit ontwerp. (Projectleider: dr.ir. R. Wolffenbuttel, universitair hoofddocent aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De windmeter kun je zien als de warme vinger op chip-niveau. Om te voelen waar de wind vandaan komt, steekt de zeiler zijn nat gemaakte vinger de lucht in. De kant van de vinger die het koudst voelt geeft de windrichting aan. De flowsensor maakt ook gebruik van deze temperatuurverschillen. Die verschillen in temperatuur veroorzaken meetbare potentiaalverschillen in contactpunten tussen verschillende materialen (in vaktermen, een thermokoppel).
Hoe werkt dat? Je neemt twee draadjes van verschillende materialen. Aan een kant las je ze aan elkaar (de warme las), tussen de twee andere uiteinden zet je een voltmeter (koude las). Wanneer de temperatuur bij de warme las hoger is dan bij de koude las, zal er een contactpotentiaal ontstaan waarbij de potentiaal in het ene draadje hoger is dan in het andere en de voltmeter uitslaat. Zo kunnen temperatuurverschillen van enkele honderdsten graden nog gemeten worden.
Door een heleboel van deze draadjes in serie te schakelen ontstaat een nog veel groter potentiaalverschil. Wanneer je de temperatuurverschillen in twee richtingen weet, kun je met behulp van vectoren de windrichting en snelheid bepalen. Door de draadjes van aluminium en geleidend silicium (waar veel boor door gemengd is) te maken kan het geheel met de gebruikelijke siliciumtechnologie gemaakt worden.
De chip die de zeiler in zijn windmeter aantreft, is vier bij vier millimeter en 0,5 millimeter dik. De onnauwkeurigheid van deze sensor is in de windsnelheid maximaal drie procent en in de windrichting maximaal twee graden. Ir. Huibert-Jan Verhoeven hoopt over een half jaar te promoveren bij de vakgroep elektronische instrumentatie op het ontwerp van dit type flowmeter. (Projectleider: prof.dr.ir. J.H. Huijsing, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De moduleerbare spiegel is een gewild object. Reeds vele jaren werken wetenschappers in diverse landen aan een spiegel die vervormbaar is. Optici gebruiken namelijk twee basiselementen, lenzen en spiegels. Als een lens vervangen kan worden door een kromme spiegel, dan verdient dat de voorkeur omdat spiegels licht minder ‘veranderen’. Een vervormbare spiegel zou zelfs oneindig veel lenzen kunnen vervangen.
Het meeste flexibele materiaal heeft echter de eigenschap dat het niet precies meer terugbuigt naar de oorspronkelijke staat. Het gebogen koffie-roerstokjes-effect: eens vervormd blijft vervormd. Silicium blijkt echter perfect mechanisch materiaal dat wel exact hetzelfde ‘terugvormt’ zoals het was.
Voor de moduleerbare chip heeft Dimes een speciale technologie ontwikkeld, waarmee een hele dunne siliciumnitride-membraan (0,5 micrometer dik) in een rigide raampje van één vierkante centimeter gemaakt kan worden. Daarover wordt nog een 0,1 micrometer dik laagje aluminium aangebracht om het oppervlak nog spiegelender te maken.
Precies onder dit membraan, op zeer korte afstand hiervan, komt een nieuwe siliciumlaag met daarop een rooster van zestien kleine aluminium uitsteeksels. Wanneer er op het membraan en één van de zestien nopjes dezelfde lading aangebracht wordt, zal het membraan boven dit uitsteeksel plaatselijk opbollen door elektrostatische krachten. Immers plus en plus stoot elkaar af. Zo vervormt de spiegel.
De moduleerbare spiegel is het eerste optische systeem dat volledig met micro-elektronicatechnieken gemaakt is. Met deze spiegel kunnen vervormde beelden uit telescopen en fototoestellen makkelijk verbeterd worden. Beeldcorrecties in de Hubble-ruimtetelescoop kunnen dan vanaf de grond plaatsvinden, in plaats dat daarvoor speciaal astronauten de ruimte in moeten. In de verre toekomst kan ook aan toepassingen in de dataverzending via glasvezels gedacht worden. Door licht van de spiegel beurtelings op verschillende glasvezels te reflecteren, kunnen data van glasvezel veranderen. MSc. Gleb Vdovin hoopt eind 1996 te promoveren op het ontwerp van deze chip. (Projectleider: prof.dr. S. Middelhoek, hoogleraar aan de vakgroep elektronische instrumentatie.)
De hoekmeter is een mechanische constructie met een chip erin die de hoekverdraaiing om een as kan meten. In de meter wordt gebruik gemaakt van complexe elektronica om de bijbehorende mechanische onderdelen eenvoudiger te kunnen maken. Door 27 metingen binnen enkele milliseconde uit te voeren kan de chip heel snel een hoek meten met een onnauwkeurigheid van ongeveer een duizendste graad.
Het mechanische deel bestaat uit twee ronde metalen platen met een diameter van vijf centimeter, die op korte afstand van elkaar worden geplaatst. Daartussen ontstaat een capaciteit. Die capaciteit is afhankelijk van de oppervlakte van deze platen. Oppervlakte groter, capaciteit groter. Indien een derde afschermende plaat tussen de twee vaste platen aangebracht wordt, wordt de totale capaciteit nul.
De hele plaatscondensator zit gefixeerd op de bodem van een cilindervormige omhulsel. In het midden zit een gat waar een as doorloopt. Gefixeerd aan deze as, zit de derde plaat waar vier taartpunten uitgehaald zijn: de meetvaan. Wanneer de as draait zal deze meetvaan meedraaien maar de condensator niet. Het deel van de condensator dat door de vaan bedekt is, zal veranderen. Op bedekte delen van de condensator is de capaciteit nul, op andere delen niet.
De positie van het vaantje ten opzichte van de vaste condensator, en dus de verdraaiing van de as ten opzichte van het omhulsel, kan bepaald worden door de onderste plaat op te delen in 27 taartpuntjes (van elkaar gescheiden door strookjes isolerend materiaal) en van elk afzonderlijk de capaciteit te bepalen met behulp van wisselspanning.
Daar komen de chips van Dimes bij van pas. Elk segment is verbonden met een elektronische schakelaar in de chip (transistoren die open en dicht gaan) die razendsnel het betreffende segment verbindt met een mini-oscillator op de chip. De periode van de wisselspanning die deze mini-oscillator opwekt, is afhankelijk van de capaciteit van het segment. Een microcontroler (een standaard chip die Dimes kant en klaar inkoopt) telt het aantal periodes, wat een maat is voor de capaciteit.
De hoekmeter zou uitermate geschikt zijn om te gebruik in platenspelers maar die worden niet veel meer geproduceerd. Er wordt gewerkt aan toepassingen in robots, aan radarantennes of meetapparatuur om standen van de rolroeren in vliegtuigvleugels te controleren. (Projectleider: dr.ir. G.C.M. Meijer, universitair hoofddocent aan de vakgroep Elektronica.)
De wavelength division demultiplexer (WDM) kan de capaciteit van de glasvezels die computerdata verzenden enorm vergroten. Iets dat hard nodig is, want nu reeds kan het minuten duren voor een intercontinentale boodschap doorkomt wegens file op de electronic highway.
De WDM is een chipmodule die bij Dimes ontworpen is en diezijn sporen in de telecommunicatie reeds verdiend heeft. Inmiddels wordt hij gebruikt bij de Amerikaanse AT&T en ook de Japanse NTT. Zelfs Siemens, die jaren aan een ander type chip heeft gewerkt, is overgegaan op de Dimes-variant.
De chip maakt gebruik van de mogelijkheid om licht van verschillende ‘kleuren’ tegelijkertijd over dezelfde glasvezel te sturen. Zo kunnen acht of zestien boodschappen in de vorm van lichtsignalen, elk van een verschillende golflengte (‘kleur’) in het infra-rood venster, door een kabel gestuurd worden, waardoor de capaciteit van de glasvezel toeneemt. Dat vereist wel dat de boodschappen ook weer ontrafeld kunnen worden. Dit gebeurt in een zelfde chip waarin een ‘kleuren’detector zit.
De chipmodule is dus opgebouwd uit twee delen: een optische chip gemaakt van indiumposphide, die fotonstromen omzet naar elektronenstromen en een elektronische silicium-chip, die de verkregen zwakke elektrische signalen versterkt. Via hoogfrequentie-connectoren komt het signaal uiteindelijk weer bij de computer aan. Nu zijn al frequenties tot 1 gigabit per seconde haalbaar en in de toekomst zal 2,4 gigabit per seconde mogelijk zijn.
De optische chip wordt gemaakt in indiumfosfide omdat met silicium geen detector gemaakt kan worden voor kleuren van lange golflengten (infra-rood licht). Licht uit het zichtbare spectrum zou te veel verlies te geven op glasvezels.
Vanwege de noodzaak met indiumfosfide te werken wordt de optische chip in samenwerking met de universiteit van Gent en met Eindhoven gemaakt. Zij leveren de plak waar de verticale lagenstructuur reeds inzit. In de laagbouw achter Dimes bevindt zich een speciaal laboratorium voor het etsen, metaliseren en verder processen van de plakken.
Met dit type module kunnen ook boodschappen gerouteerd worden. Voor lokale netwerken zoals Dunet zouden verschillende adressen moeten corresponderen met een bepaalde kleur. Boodschappen van een bepaalde kleur, door welke zender dan ook verstuurd, komen vanzelf op de bijbehorende bestemming. (Projectleider: dr.ir. M.K. Smit, universitair hoofddocent vakgroep telecommunicatie en tele-observatietechnologie.)
Do you have a question or comment about this article?
delta@tudelft.nl
Comments are closed.