热驱动微型电场传感器的设计

摘要

本文提出了一种新型的热驱动微型电场传感器,它具有驱动电压低、体积小、结构紧凑,易于集成,能够采用标准的CMOS集成电路作为激励信号源等优点.该微型电场传感器采用PolyMUMPs(多晶硅多用户MEMS工艺)表面微细加工技术加工,其结构主要包括屏蔽电极、感应电极和热驱动结构三部分,其工作原理属于电荷感应式,用接地的屏蔽电极在平面内的来回周期运动来调制其下方感应电极上在外部电场作用下感应的电荷,形成与外电场成正比的电流信号,文章给出了传感器的基本结构和信号检测系统的原理框图,并对热驱动结构进行了有限元模拟分析与设计,得出了热驱动结构的最大驱动位移和热驱动结构的最高工作温度与外加激励电压之间的关系.有限元模拟计算结果表明,当传感器的工作频率为10kHz时,在±2V的驱动电压下,在提供1μN的驱动力的前提下可以实现5.22μm的驱动位移,在10000V/m的外部电场作用下,产生的最大感应电流的大小为5.56nA左右.