Инженеры испанской компании Baolab Microsystems разработали наноразмерный трехмерный цифровой компас, который может быть встроен непосредственно в чипы CMOS-микросхем. Трехмерные компасы, твердотельные гироскопы, нашли широкое применения в технологиях изготовления смартфонов и других мобильных устройств. Эти устройства, в большинстве случаев, выполнены в виде отдельных независимых микросхем и используют магниторезистивные материалы или датчики на основе эффекта Холла, объединенные с концентраторами магнитного поля, что позволяет с их помощью определять направление магнитного поля Земли.

Представители Baolab Microsystems утверждают, что в отличие от других типов трехмерных компасов, они изготовили микроэлектромеханическую систему (microelectromechanical systems, MEMS) функционирующую благодаря силам Лоренца. Новое устройство получило название 3D Digital NanoCompass. В интервью издательству The Engineer, Найджел Дрю (Nigel Drew), технический представитель в Baolab Microsystems, рассказал:

«Основное отличие разработанного нами устройства от существующих подобных устройств, это то, что его без проблем можно изготавливать вместе с чипом микросхемы. Все остальные устройства сторонних изготовителей являются отдельными устройствами или с трудом интегрируются в микросхему, требуя установки отдельно от кристалла магнитного датчика. А это в отрицательную сторону сказывается как на надежности электронного узла, так и на его стоимости».

«Фундаментальной вещью, реализованной нами, является то, что мы разработали технологию изготовления MEMS-устройств, таких как наш компас, используя стандартные маски и оборудование. Таким образом, производителям микросхем даже нет надобности вносить изменения в существующие технологические процессы».

Рис. 1. Схема предоженного устройства.

Основой MEMS-устройства NanoCompass является подвижная алюминиевая пластина, подвешенная в пространстве с помощью миниатюрных пружин, которые так же играют роль соединителей этой пластины со структурой микросхемы.

Между пластиной и структурой микросхемы находятся слои диэлектрика (Inter Metal Dielectric, IMD). Более подробное представление о строении этого устройства можно получить, посмотрев на приведенный выше рис. 1.

Электроны проходящего сквозь тока попадают под воздействие сил Лоренца, обусловленных влиянием магнитного поля Земли, которые заставляют пластину немного изменить свое положение благодаря ее подвижности на пружинах. Измеряя электрическую емкость между неподвижными электродами и пластиной, вычисляется смещение пластины по трем координатам, а на основе этих данных вычисляется направление магнитного поля Земли, прямо указывающее на положение устройства в пространстве.

Найджел Дрю пояснил, что простота изготовления, и как следствие низкая стоимость таких устройств означает, что в будущем практически все смартфоны, планшетные компьютеры и другие мобильные телефоны будут иметь этот узел, что расширит их возможности. Так же, такие устройства могут стать основой для нового спортивного оборудования, навигационных систем и камер, реализующих функцию дополненной реальности.

Первые технологические образцы микросхемы BLBC3-D, внутри которой будет заключено устройство NanoCompass будут доступны для разработчиков электронных микросхем и приборов, совместно с многофункциональным отладочным комплектом.