Analysis of performances of MEMS infrared sensor based on piezoelectric bending resonators

谐振器 材料科学 压电 光电子学 微电子机械系统 弯曲 探测器 声学 光学 物理 复合材料
作者
Xiaoqi Bao,Stewart Sherrit,Clifford Frez,Valerie Scott,Mina Rais‐Zadeh
出处
期刊:Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2018 卷期号:: 85-85
标识
DOI:10.1117/12.2514440
摘要

There is a great desire for high-performance and low-cost uncooled infrared (IR) detectors that can survive in harsh environments. To address this need, we are investigating the use of MEMS piezoelectric resonator technology using Aluminum Nitride (AlN) films as a resonating detector. A novel design of an AlN IR sensor based on piezoelectric bending resonator was analyzed and showed that the piezoelectric resonators have the potential to be used as a core element for highly sensitive, low-noise, and low-power uncooled IR detectors [1]. A critical feature of the design that determines the sensing resolution is the minimization of the various loss mechanisms of the resonator. A major loss mechanism for a non-vacuum packaged chip is the acoustic radiation loss in Earth's atmosphere (1 atm) due to the large stroke of the bending resonators. The acoustic radiation loss is the dominant Q limiting mechanism. We propose the use of perforated plates for the bending resonators in order to reduce acoustic radiation loss. The effectiveness of the loss reduction and the performances of the resonant IR sensors are analyzed using finite element simulations. The results are encouraging for the application of these types of IR sensors under the Earth surface atmosphere conditions.

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