Progettazione di giroscopi MEMS a lettura NEMS piezoresistiva con compensazione elettromeccanica della quadratura

MEMS, known as Micro-Electro-Mechanical-Systems, are three-dimensional devices capable of transforming a physical quantity into a force, which is converted into an electrical signal through proper transducers. In recent decades they experienced a very high growth in various fields of application, such as automotive, biomedical, aeronautical, military and naval. This has been possible thanks to their low costs and dimensions, compared to other types of sensors. This Master Thesis work, carried out at the MEMS and Microsensors Laboratory of the Department of Electronics, Information and Bioengineering (DEIB) of Politecnico di Milano, concerns gyroscopes based on innovative NEMS piezoresistive transduction. In particular, it considers the optimization from different points of view, including the distribution of modes at higher frequencies and the possibility to compensate the known quadrature error, up to the layout and sizing of the driving and sensing electronic system.

I MEMS, ovvero Micro-Electro-Mechanical-Systems, sono dispositivi tridimensionali in grado di trasformare una quantità fisica in una forza, la quale viene convertita in un segnale elettrico tramite un apposito trasduttore. Negli ultimi decenni essi hanno avuto una crescita molto elevata in diversi campi di applicazione, come automotive, biomedicale, aeronautico, militare e navale. Ciò è stato reso possibile grazie ai loro bassi costi e dimensioni, rispetto ad altre tipologie di sensori. Questo lavoro di tesi magistrale, svolto presso il Laboratorio di MEMS e Microsensori del dipartimento di Elettronica, informazione e Bioingegneria (DEIB) del Politecnico di Milano, riguarda giroscopi basati su innovativa trasduzione di tipo piezoresistivo NEMS. In particolare essa ne considera l'ottimizzazione da diversi punti di vista, inclusa la distribuzione dei modi a frequenze maggiori e la possibilità di compensare il noto errore di quadratura, fino a giungere al layout ed al dimensionamento di sistema dell'elettronica di pilotaggio e lettura.