Design and Characterization of an Aluminum Nitride-Based MEMS Hydrophone With Biologically Honeycomb Architecture

水听器 微电子机械系统 材料科学 声学 压电 光电子学 灵敏度(控制系统) 电子工程 工程类 复合材料 物理
作者
Licheng Jia,Lei Shi,Chongbin Liu,Yunxin Yao,Chengliang Sun,Guoqiang Wu
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (9): 4656-4663 被引量:63
标识
DOI:10.1109/ted.2021.3093020
摘要

In this article, we present a high-performance aluminum nitride (AlN)-based microelectromechanical system (MEMS) hydrophone sensor, in which the sensing cells are designed and arranged as an innovative honeycomb architecture for achieving large acoustic pressure sensitivity and high fill-factor. An 8×9 array of 360 μm in characteristic size, 0.92-MHz MEMS hydrophone sensor is developed based on an AlN-on-cavity silicon-on-insulator (CSOI) platform. The size of the MEMS hydrophone sensor is 3.2 mm ×3.2 mm. The MEMS hydrophone sensor and its preamplification circuit are integrated on a printed circuit board and packaged together with an acoustically transparent material, in order to meet the stringent requirements of underwater applications. The packaged MEMS hydrophone is fully characterized through using an industry-standard hydrophone calibration instrument. The MEMS hydrophone achieves an acoustic pressure sensitivity of -178 dB (re: 1 V/ μ Pa), with a maximum nonlinearity of 0.1%, and a noise resolution of 58.7 dB (re: 1 μPa/Hz). The measurement results show that the reported MEMS hydrophone sensor with bioinspired honeycomb structure is compared favorable with advanced commercially available bulky hydrophones.
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