Accurate Model of Capacitance for MEMS Sensors using Corrugated Diaphragm with Residual Stress

در اين مقاله روش جديدي براي محاسبه ظرفيت خازني سنسور ميكروالكترومكانيكي با ديافراگم موج دار ارايه مي شود. همچنين اثر تنش پسماند بر روي جابجايي ديافراگم و ظرفيت خازني سنسور در نظر گرفته مي شود. در ابتدا آناليز تحليلي براي بدست آوردن مقدار جابجايي مركزي ديافراگم موج دار و رابطه ي آن با تنش پس ماند صورت مي گيرد. سپس مقدار ظرفيت خازني و حساسيت سنسور با ديافراگم موج دار داراي تنش پسماند تحت ولتاژ باياس و فشار بدست آورده مي شود. نتايج تحليلي با شبيه سازي كه با استفاده از روش اجزا محدود انجام شده است، مقايسه مي شود. مقايسه نشان مي دهد روش تحليلي جديد به خوبي توانسته است نتايج شبيه سازي را دنبال كند.

In this paper, we present a new model for calculating the capacitance of MEMS sensor with corrugated diaphragm. In this work, the effect of residual stress is considered on deflection of diaphragm and capacitance of sensor. First, a new analytical analyzes have been carried out to derive mathematic expression for central deflection of corrugated diaphragm and its relationship with residual stress. Then, the capacitance and sensitivity of sensor using corrugated diaphragm with residual stress are calculated under bias voltage and pressure. The analytical results are compared with simulation using a Finite Element Method (FEM). The results show that the new analytical model is very close with simulation results.