發(fā)布時(shí)間：2021-12-19 12:08

　　針對(duì)水下設(shè)備平臺(tái)對(duì)于聲壓信號(hào)探測(cè)的需要,設(shè)計(jì)了一款微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）電容式聲壓水聽器,通過理論分析和Comsol仿真分析,確定水聽器敏感振動(dòng)薄膜的半徑為600μm,膜厚為3μm,空腔高度為3μm�？紤]到聲波在小尺寸聲學(xué)換能器中傳播時(shí)會(huì)受到熱阻尼和粘滯阻尼的作用,在仿真分析的過程中創(chuàng)新性地加入了熱粘性聲學(xué)多物理場(chǎng)。在工藝加工的過程中嘗試了犧牲層工藝和陽極鍵合工藝兩種關(guān)鍵工藝步驟,并最終通過陽極鍵合工藝得到了質(zhì)量較高的振動(dòng)薄膜。測(cè)試過程中將水聽器封裝在金屬屏蔽殼內(nèi),避免受到外界復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾,利用阻抗分析儀對(duì)水聽器進(jìn)行測(cè)試,得到水聽器平均電容值為4.277 pF,平均相位為-89.129°,證明水聽器符合電容性特征并且具有良好的一致性,同時(shí)驗(yàn)證了振動(dòng)薄膜加工方案的可行性,為制備薄膜結(jié)構(gòu)的傳感器提供了新思路。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

電容式聲壓水聽器的結(jié)構(gòu)示意圖

電容式聲壓水聽器的敏感單元為位于傳感器中心的振動(dòng)薄膜，因此薄膜的材料特性和力學(xué)性能決定了傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性。振動(dòng)薄膜的力學(xué)特性可以由板殼理論[8]分析得出，振動(dòng)薄膜在電場(chǎng)力Fe和聲壓p的作用下發(fā)生形變而向下彎曲，如圖2所示，圖中r為振動(dòng)薄膜的半徑，t為薄膜厚度，x為距離薄膜中心的距離，wpk為薄膜的最大形變量，即峰值撓度。振動(dòng)薄膜在Fe和p作用下受到的壓力（p0）為本文假定振動(dòng)薄膜表面的壓力分布均勻，根據(jù)板殼理論[8]可以得到振動(dòng)薄膜沿半徑方向的撓度為

式中：ρ為振動(dòng)薄膜密度。實(shí)驗(yàn)中選用單晶硅制備振動(dòng)薄膜，振動(dòng)薄膜的密度、泊松比和彈性模量均為確定值，因此，薄膜結(jié)構(gòu)的f取決于振動(dòng)薄膜的r和t，利用Matlab作圖得到r和t對(duì)f的影響如圖3所示。根據(jù)所作的力學(xué)特性分析，結(jié)合水聽器的各項(xiàng)指標(biāo)要求以及工藝實(shí)現(xiàn)的可行性等，得到電容式聲壓水聽器的結(jié)構(gòu)參數(shù)：振動(dòng)薄膜的半徑為600μm，膜厚為3μm，空腔高度為3μm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]錐形纖毛式MEMS矢量水聽器的設(shè)計(jì)[J]. 徐慶達(dá),楊溪,張?zhí)m勝,李晨歌,張國軍,張文棟.  微納電子技術(shù). 2019(06)
[2]復(fù)合式MEMS水聽器的設(shè)計(jì)[J]. 王雁,劉夢(mèng)然,張國軍.  壓電與聲光. 2017(02)

碩士論文
[1]MEMS麥克風(fēng)的低噪前置放大器及偏置電路設(shè)計(jì)[D]. 王一川.西安電子科技大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3544391