A Highly Sensitive and High-Resolution Resonant MEMS Electrostatic Field Microsensor Based on Electrostatic Stiffness Perturbation

静电感应 谐振器 馈通 微电子机械系统 材料科学 电压 电场 刚度 绝缘体上的硅 电极 静电学 光电子学 绝缘体(电) 物理 电气工程 工程类 量子力学 复合材料
作者
Xiangming Liu,Shanhong Xia,Chunrong Peng,Yahao Gao,Simin Peng,Zhouwei Zhang,Wei Zhang,Xuebin Xing,Yufei Liu
出处
期刊:Micromachines [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (8): 1489-1489 被引量:2
标识
DOI:10.3390/mi14081489
摘要

This paper proposes a highly sensitive and high-resolution resonant MEMS electrostatic field sensor based on electrostatic stiffness perturbation, which uses resonant frequency as an output signal to eliminate the feedthrough interference from the driving voltage. The sensor is composed of a resonator, driving electrode, detection electrode, transition electrode, and electrostatic field sensing plate. The working principle is that when there is an electrostatic field, an induction charge will appear at the surface of the electrostatic field sensing plate and induce electrostatic stiffness on the resonator, which will cause a resonant frequency shift. The resonant frequency is used as the output signal of the microsensor. The characteristics of the electrostatic field sensor are analyzed with a theoretical model and verified by finite element simulation. A device prototype is fabricated based on the Silicon on Insulator (SOI) process and tested under vacuum conditions. The results indicate that the sensitivity of the sensor is 0.1384Hz/(kV/m) and the resolution is better than 10 V/m.
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