شبیه‌سازی و تحلیل رفتار مکانیکی میکروسنسور فشار پیزورزیستیوی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

سنسورهای میکروالکترومکانیکی فشار به‌دلیل سهولت ساخت، هزینة‌ پایین، روش اندازه‌گیری ساده، محدودة گستردة فشار مورد اندازه‌گیری و دقت اندازه‌گیری بالا محبوبیت بسیاری دارند. در این پژوهش، رفتار مکانیکی یک میکروسنسور فشار پیزورزیستیوی به روش المان محدود شبیه‌سازی شده است. اعمال فشار به مرکز دیافراگم سبب ایجاد تنش‌های طولی و عرضی در پیزورزیستیوها می‌شود و تنش‌های ایجادشده در پیزورزیستیوها باعث تغییر مقاومت الکتریکی آنها می‌گردد. در این مقاله، ماکزیمم مقدار جابه‌جایی دیافراگم سنسور، تنش‌های طولی و عرضی و توزیع پتانسیل الکتریکی در پیزورزیستیوها به ازای اعمال فشار 14 مگاپاسکال مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین ماکزیمم مقدار جابه‌جایی دیافراگم و تغییرات مقاومت الکتریکی به ازای اعمال فشارهای گوناگون بررسی شده است. با انجام تحلیل تنش ون‌مایزز روی سازة سنسور مشخص شد که حداکثر تنش ون‌مایزز ایجادشده در این سازه به ازای اعمال فشار 14 مگاپاسکال، 6 گیگاپاسکال است. همچنین با انجام تحلیل خستگی روی سنسور مذکور معلوم شد که این سنسور از عمر بسیار بالایی برخوردار است

کلیدواژه‌ها


[1] J. W. Song, J. S. Lee, J. E. An, C. G. Park, Design of a MEMS piezoresistive differential pressure sensor with small thermal hysteresis for air data modules, Review of Scientific Instruments, Vol. 86, 2015.

[2] C. L. Dai, Y. W. Tai, P. H. Kao, Modeling and fabrication of micro FET pressure sensor with circuits, Sensors, Vol. 7, pp. 3386-3398, 2007.

[3] K. Singh, R. Joyce, S. Varghese, J. Akhtar, Fabrication of electron beam physical vapor deposited polysilicon piezoresistive MEMS pressure sensor, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 223, pp. 151-158, 2015.

[4] R. Singh, L. L. Ngo, H. S. Seng, F. N. C. Mok, A silicon piezoresistive pressure sensor,Conference ProceedingsIEEE, pp. 181-184, 2002.

[5] S. Aravamudhan, S. Bhansali, Reinforced piezoresistive pressure sensor for ocean depth measurements, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 142, pp. 111-117, 2008.

[6] X. Li, Q. Liu, S. Pang, K. Xu, H. Tang, C. Sun, High-temperature piezoresistive pressure sensor based on implantation of oxygen into silicon wafer, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 179, pp. 277-282, 2012.

[7] S. E. Zhu, M. K. Ghatkesar, C. Zhang, G. C. A. M. Janssen, Graphene based piezoresistive pressure sensor, Applied Physics Letters, Vol. 102, 2013.

[8] S. M. Shaby, M. S. G. Premi, B. Martin, Enhancing the Performance of MEMS Piezoresistive Pressure Sensor Using Germanium Nanowire, Procedia Materials Science, Vol. 10, pp. 254-262, 2015.

[9] G. Zhou, Y. Zhao, F. Guo, W. Xu, A smart high accuracy silicon piezoresistive pressure sensor temperature compensation system, Sensors, Vol. 14, pp. 12174-12190, 2014.

[10] S. D. Senturia, Microsystem design, Springer Science & Business Media, 2007.

[11] W. O. Soboyejo, T. S. Srivatsan, Advanced Structural Materials: Properties, Design Optimization, and Applications, CRC press, 2006.

[12] D. H. Alsem, O. N. Pierron, E. A. Stach, C. L. Muhlstein, R. O. Ritchie, Mechanisms for Fatigue of Micron‐Scale Silicon Structural Films, Advanced Engineering Materials, Vol. 9, pp. 15-30, 2007.