用于气体传感的电容式微机械超声阵列设计

电容式微机械超声阵列(CMUT)是微机电系统(MEMS)气体传感器的常用结构之一。为了在尽可能降低功耗的前提下，提高气体传感器的灵敏度，对电容式微机械超声阵列尺寸进行优化。首先基于一阶集总电机械振动模型进行理论分析，发现其灵敏度与塌陷电压成正相关，并主要受振膜厚度、电极间距和电极半径影响，以此为依据设计符合要求的参数。然后使用COMSOL多物理场仿真软件，综合结构特点、空气阻尼、外接电路、弹性软化等因素的影响，提出一种更接近实际的有限元模型。将理论分析结果代入，对尺寸参数进行进一步优化，得到塌陷电压11.3 V，灵敏度-3.253×1017 Hz/kg，共振频率4.858 MHz，品质因数121.45的电容式微机械超声阵列。