Micro sensor-actuador térmico sin baterías para aplicaciones en microelectrónica de ultra-bajo consumo de potencia

J. Varona^a, M. Tecpoyotl-Torres^b, and R. Velázquez^a

^a Escuela de Ingeniería, Universidad Panamericana-Bonaterra, Av. Josemaria Escrivá 101, Aguascalientes, 20290, México, e-mail: jvarona; rvelazquez@up.edu.mx

^b Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, UAEM, Av. Universidad 1001, Cuernavaca, Morelos, 62209, México, e-mail: tecpoyotl@uaem.mx

Resumen

Como una alternativa a los microactuadores térmicos accionados eléctricamente, este trabajo presenta un microdispositivo que puede operar aprovechando el calor del ambiente circundante y que pude ser usado ya sea como actuador o como sensor térmico. Al no depender de batería alguna para su operación, este dispositivo es ideal para aplicaciones portátiles y de ultra-bajo consumo de potencia. El dispositivo fue implementado en una tecnología estándar de sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS) y los resultados experimentales demuestran la viabilidad de explotar la energía térmica del medio ambiente para la activación de microsensores y actuadores MEMS. Para ilustrar las aplicaciones potenciales de este dispositivo se presenta el diseño de un microsistema de medición de temperatura que integra el microsensor térmico MEMS con circuitos electrónicos CMÓS en un solo microchip.

 Descriptores: microsistemas; MEMS; sensores; actuadores; energía térmica.

Abstract

As an alternative to electrically driven thermal actuators, this work presents a sensor/actuator device that can be operated with an external heat source and, for example, scavenge heat from the surrounding medium. The device herein presented is ideal for ultra-low power and portable applications as it eliminates the need for batteries. The mechanism was implemented using a standard micro-electro-mechanical-systems (MEMS) fabrication process. Experimental results demonstrate the viability of exploiting thermal energy from the environment to power MEMS sensor/actuator devices. Finally, examples of potential applications are also discussed including the design of a fully monolithic temperature sensing system that integrates the MEMS thermal device with CMOS circuitry in a single microchip.

Keywords: Microsystems; MEMS; sensors; actuators; thermal energy.

PACS: 85.85.+j; 88.90.+t; 07.07.Mp

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Agradecimientos

Los autores agradecen al Prof. Anas A. Hamoui de la Universidad de McGill, y a los doctores Antonio Ramírez Treviño del CINVESTAV-GDL, José Míreles Jr. y Perla García de la Universidad Autónoma de Cd. Juárez por brindarnos acceso a procesos de microfabricación y equipo de pruebas de laboratorio respectivamente. Parte de este trabajo fue realizado con el apoyo de una beca CONACYT.

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