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基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器的设计与仿真
作者姓名:冯剑玮  崔峰  涂云婷  赵韦良
作者单位:上海交通大学微纳电子学系微米纳米加工技术国家级重点实验室,上海200240
基金项目:航天科学技术基金项目(20C-JJ02-011);上海市科委专业技术服务平台资助项目(19DZ2291103).*通信作者:崔峰E-mail:sdcuifeng@sjtu.edu.cn
摘    要:针对铂等常用金属热敏材料电阻温度系数(TCR)不高,导致热式MEMS流速传感器宽量程测量时功耗高的问题,设计了 一种基于非晶锗(a-Ge)薄膜热电阻的低功耗、宽量程柔性MEMS流速传感器.非晶锗热电阻材料具有较高的TCR系数(约为-0.02/K)和室温电阻率(5Ω·m),传感器在较低的工作温差和功耗下可获得宽量程的流速测量.阐述了该柔性MEMS流速传感器的设计结构、工作原理、3D有限元建模和热-流场仿真结果.利用聚酰亚胺衬底空腔膜上的四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件.四个非晶锗热电阻组成一个惠斯通电桥,同时结合热损失和热温差原理来实现宽量程流速测量和测向.仿真结果表明,惠斯通电桥采用恒电流供电只需120μA,使得非晶锗热阻的工作温度与环境温度之间的温差不高于6 K,就可对0~50 m/s范围内的流速进行测量,且功耗在1.368 mW以内.该柔性流速传感器易于采用MEMS技术批量制造,可贴于曲面应用,非常适于物联网等低功耗流速传感领域.

关 键 词:柔性MEMS  流速传感器  热电阻  非晶锗  仿真
收稿时间:2020-12-16
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