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 硅 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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