Modeling of Capacitance and Sensitivity of a MEMS Pressure Sensor with Clamped Square Diaphragm

در اين مقاله براي اولين بار مدل سازي خازن و حساسيت حسگرهاي خازني با ديافراگم مربعي چهار طرف ثابت ارايه شده است. حسگر خازني داراي دو الكترود موازي ميباشد كه معمولاً يك الكترود قابليت جابه‌جايي بر اثر اعمال فشار را دارد. تغييرات خازني كه پارامتر اصلي در عملكرد اين گونه حس‌گرهاست بر اساس جابه‌جايي همين الكترود ايجاد مي‌شود. در حس‌گرهاي خازني حساسيت متناسب با تغييرات خازن بر حسب فشار است و بنا بر اين ابتدا جابه‌جايي ديافراگم، ظرفيت خازن و حساسيت حس‌گر مدل سازي، و سپس با استفاده از روش اجزا محدود شبيه سازي شده‌اندكه نتايج‌شان بسيار نزديك به هم هستند. نتايج همچنين نشان مي‌دهند كه با كاهش ضخامت ديافراگم و افزايش اندازه‌ي آن، حساسيت حس‌گرافزايش مي‌يابد.

In this paper, for the first time, the modeling of capacitance and sensitivity for MEMS capacitive pressure sensor with clamped square diaphragm is presented. In capacitive sensor the sensitivity is proportional to deflection and capacitance changes with pressure. Therefore, first the diaphragm displacement, capacitance and sensitivity of sensor with square diaphragm have been modeled and then simulated using finite element method (FEM). It can be seen that the analytical results agree with simulation. The results also show that the high sensitivity can be achieved by decreasing the diaphragm thickness and increasing its size.