Детальная информация

МЭМС-датчики давления емкостного типа характеризуются высокой чувствительностью, малым энергопотреблением, устойчивостью к температурным воздействиям и имеют преимущества перед пьезорезистивными датчиками давления. Области применения МЭМС-датчиков постоянно расширяются, что обусловливает необходимость совершенствования их конструкторско-технологических вариантов реализации и анализа их возможностей. В работе исследованы чувствительные элементы (ЧЭ) емкостных МЭМС-датчиков для измерения давления ниже атмосферного с мембранами из кремния различных геометрических форм. В состав конструкции ЧЭ входит пара параллельных пластин, одна из которых - подвижная мембрана, а другая - фиксированный электрод прямоугольной формы. Выполнены расчеты деформаций и изменений емкости в ЧЭ МЭМС-датчика давления с мембранами разных геометрических форм. В программе COMSOL Multiphysics проведено моделирование ЧЭ МЭМС-датчиков с мембранами квадратной, круглой и прямоугольной форм. Толщина мембраны всех исследованных конструкций чувствительного элемента датчиков составляла 3 мкм, диапазон измеряемого давления - до 10 кПа. Рассчитаны значения чувствительности МЭМС-датчика давления с мембранами исследованных геометрических форм при воздействии давления. Установлено, что использование мембраны круглой формы обеспечивает максимальные деформации мембраны и изменения емкости в ЧЭ МЭМС-датчика давления при воздействии давления по сравнению с их изменениями в ЧЭ с мембранами других геометрических форм.

Capacitive MEMS pressure sensors are characterized by high sensitivity, low power consumption, and resistance to temperature effects. They have gained advantages over piezoresistive pressure sensors and their area of application is constantly expanding, which necessitates the improvement of their design and technological implementation options and the study of the improvement feasibility. In this work, the sensitive elements (SE) of capacitive MEMS sensors for subatmospheric pressure measurement with silicon membranes of various geometric shapes are studied. The SE design includes a pair of parallel plates, the one of which is a movable membrane, and the other is a fixed rectangular electrode. Calculations of deformations and capacitance changes in SE of MEMS pressure sensor with membranes of different geometric shapes, and simulation of the SE of sensors with square, round and rectangular membranes using COMSOL Multiphysics program were performed. The membrane thickness of all studied designs of the SE of the sensors was 3 mum. The range of measured pressure is up to 10 kPa. The sensitivity values of the SE with membranes of the studied geometric shapes were calculated under pressure. It has been established that the use of a round membrane provides maximum membrane deformations and capacitance changes in the SE of MEMS pressure sensor when exposed to pressure in comparison with their changes in SE with membranes of other geometric shapes.