An SOI-MEMS Acoustic Sensor Based on Optical Grating Interferometer

电容感应 材料科学 绝缘体上的硅 微电子机械系统 话筒 干涉测量 振膜(声学) 栅栏 压阻效应 光学 光电子学 声学 声压 振动 电气工程 工程类 物理
作者
Yan Li,Minghao Zuo,Jifang Tao
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (5): 4757-4762 被引量:11
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3239211
摘要

Capacitive microelectromechanical system (MEMS) microphone in a small package encounters performance limits associated with damping in the air gap between diaphragm and backplate. In this work, we explored an optical-readout technique by fabrication of an optical interferometric acoustic sensor. The designed sensor chip forms a grating interferometer by a diffraction grating integrated backplate and a pressure-sensitive diaphragm. A scalar diffraction theory and a finite-element method have been applied to optimize the sensor parameters. The sensor device was fabricated on a silicon-on-insulator (SOI) wafer using complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) compatible processes. The performance of the sensor was studied using an acoustic testing system. The sensor demonstrates a good linear relationship with applied sound pressure. The frequency response is relatively consistent with a commercial reference microphone for audible range. The signal-to-noise ratio (SNR) of the sensor is about 43 dB at a frequency of 1 kHz. The proposed design shows good potential for high-performance acoustic sensors.
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