基于BP+NSGA-Ⅱ梳齿电容压力传感器结构多参数优化 被引量：1

1

作者 梁瑞梅 李平华 +2 位作者 刘阳 苗家齐 庄须叶 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期316-325,共10页

针对梳齿电容式压力传感器存在灵敏度低、灵敏度与量程难以同时优化的问题,提出了一种新型梁-膜结构梳齿电容式压力传感器,并采用曲线拟合与BP+NSGA-Ⅱ结合的方法对传感器进行优化。在膜片上表面添加锚点和悬臂梁构成杠杆放大结构,活动... 针对梳齿电容式压力传感器存在灵敏度低、灵敏度与量程难以同时优化的问题,提出了一种新型梁-膜结构梳齿电容式压力传感器,并采用曲线拟合与BP+NSGA-Ⅱ结合的方法对传感器进行优化。在膜片上表面添加锚点和悬臂梁构成杠杆放大结构,活动梳齿连接在杠杆输出端,通过杠杆的放大原理增加了活动梳齿的位移,提高了传感器的灵敏度。针对数据集维度高、计算量大的问题,利用MATLAB对结构与性能参数进行数据拟合和定量分析。通过对锚点、悬臂梁等结构几何参数与性能指标的相关性进行量化分析,筛选出对传感器性能影响显著的关键参数,并去除冗余变量,降低了数据集的复杂性。在确保结果准确性不退化的前提下,通过降维方法将数据集从14维降至6维,既提高了数据采集效率,又降低了算力损耗。对降维后的数据集利用BP神经网络进行训练,并结合NSGA-Ⅱ算法实现了灵敏度与量程的协同优化,增强了输出结果的可靠性。结果表明,在0~50 kPa的压力范围内,优化后的传感器灵敏度为0.106 pF/kPa,提高了30.4%,非线性误差为0.4%F.S.。该优化方法为多参数复杂结构的优化提供了参考,所设计的传感器具有高灵敏度和低非线性,为MEMS压力传感器的研发提供了新思路。 展开更多

关键词 电容压力传感器 NSGA-Ⅱ 梳齿 优化

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高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析 被引量：10

2

作者 吕浩杰 胡国清 +2 位作者 邹卫 吴灿云 陈羽锋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1166-1174,共9页

为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述... 为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中,使用ANSYS软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明,在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入(压力)-输出(电容)特性的影响是线性的,且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时,双凹槽结构的灵敏度为1.21×10-6pF/Pa,比传统单凹槽的0.8×10-6pF/Pa高出50%,表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。 展开更多

关键词 双凹槽接触式电容压力传感器(DTMCPS) 热分析 有限元法

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非接触式电容压力传感器敏感元件的设计及性能分析 被引量：7

3

作者 尚永红 李艳秋 +2 位作者 于红云 孙红光 苏波 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期276-279,共4页

将中心岛膜结构的压力敏感膜用在非接触式电容式压力传感器中,解决了平膜结构带来的各点挠度不同、非线性和需要后续补偿电路的问题。通过对材料为多晶硅的中心岛膜进行结构优化设计和挠度、应力等力学性能分析。计算了在不同外加压力... 将中心岛膜结构的压力敏感膜用在非接触式电容式压力传感器中,解决了平膜结构带来的各点挠度不同、非线性和需要后续补偿电路的问题。通过对材料为多晶硅的中心岛膜进行结构优化设计和挠度、应力等力学性能分析。计算了在不同外加压力条件下压力敏感膜的电容数值、灵敏度和线性度。根据优化设计,外加压力在0.2～1.4×10^5Pa间变化时,电容值在0.0251～0.0281pF间变化;通过分析两种结构敏感膜在XY面内同一位置与中心挠度差的变化率,中心岛膜结构的变化率为49.4%低于平膜结构1.7%。因而中心岛膜结构比平膜结构有更好的灵敏度和线性。 展开更多

关键词 非接触式电容压力传感器 敏感元件 MEMS

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新型接触式电容压力传感器 被引量：18

4

作者 郭强 吕浩杰 胡国清 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2008年第3期1-3,共3页

与其他类型压敏器件相比,接触式电容压力传感器(TMCPS)有着明显的优点,例如较好的线性,高灵敏度和大过载保护能力等。为了达到更好的性能,设计了一种新型的接触式电容压力传感器(DTMCPS),这种新型的结构是在传统的TMCPS的底部电极上刻... 与其他类型压敏器件相比,接触式电容压力传感器(TMCPS)有着明显的优点,例如较好的线性,高灵敏度和大过载保护能力等。为了达到更好的性能,设计了一种新型的接触式电容压力传感器(DTMCPS),这种新型的结构是在传统的TMCPS的底部电极上刻蚀了一个浅槽。与现有的接触式电容压力传感器相比,这种结构可以实现更好的线性和更大的线性范围。使用有限元分析软件对膜片的变形进行了分析并阐述了传感器的结构和工艺过程。分析结果表明这种新型结构的传感器可以在保持传统结构优点的同时实现更高的灵敏度,更好的线性和更大的线性范围。 展开更多

关键词 接触式电容压力传感器(TMCPS) 有限元分析 DTMCPS

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电容压力传感器的FLANN建模方法 被引量：10

5

作者 钱新 钱春华 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期148-151,共4页

旨在开发一种计算简单的电容压力传感器的模型 ,以便经济、可靠地应用。分析表明采用新型函数链接型神经网络建立的电容压力传感器模型能够精确读出应用压力 ,它是一种能实现输入到输出的高度非线性映射并且运算高效的非线性网络 。

关键词 函数链接型神经网络 电容压力传感器 多层感知器 运算复杂性 建模

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双面接触式电容压力传感器的设计及制造工艺流程 被引量：2

6

作者 许高攀 陈广文 +1 位作者 胡国清 李志博 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2001年第9期33-35,共3页

双面接触式电容压力传感器除了具有单面接触式电容压力传感器的优点 ,还有它的特别之处 :双面接触式电容压力传感器被施加同样的压力时 ,可以得到比单面接触式电容压力传感器增大一倍的电容量和灵敏度 ,而且不会因此增加多少成本 ;工作... 双面接触式电容压力传感器除了具有单面接触式电容压力传感器的优点 ,还有它的特别之处 :双面接触式电容压力传感器被施加同样的压力时 ,可以得到比单面接触式电容压力传感器增大一倍的电容量和灵敏度 ,而且不会因此增加多少成本 ;工作时可靠性更高 ,即使一面失灵还有另一面可以正常工作。文中就双面接触式电容压力传感器的工艺进行了初步设计。 展开更多

关键词 双面接触式电容压力传感器 工艺流程 自停止腐蚀 设计 制造

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ANSYS在接触式电容压力传感器非线性分析中的应用 被引量：1

7

作者 卞剑涛 颜黄苹 +1 位作者 冯勇建 王亚强 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2002年第3期3-6,共4页

通过对接触式电容传感器结构原理的分析 ,运用ANSYS对传感器膜片在外加压力作用下的接触和大变形等非线性问题进行分析 ,并基于有限元法编写相应的程序 ,直接得出输出电容与外加压力之间的关系。比较实验结果 ,验证了ANSYS对接触式电容... 通过对接触式电容传感器结构原理的分析 ,运用ANSYS对传感器膜片在外加压力作用下的接触和大变形等非线性问题进行分析 ,并基于有限元法编写相应的程序 ,直接得出输出电容与外加压力之间的关系。比较实验结果 ,验证了ANSYS对接触式电容压力传感器非线性分析的可行性 。 展开更多

关键词 有限元法 微传感器 ANSYS 接触式电容压力传感器 非线性分析

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SiC微加工工艺及其在高温电容压力传感器中的应用研究进展 被引量：2

8

作者 余开庆 程萍 +3 位作者 丁桂甫 Roya MABOUDIAN 赵小林 姚景元 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第12期1-4,12,共5页

综述了碳化硅(SiC)材料的薄膜沉积、刻蚀、减薄、键合、欧姆接触等微加工工艺,并以SiC高温电容压力传感器为典型应用,介绍了SiC高温压力传感器的研究现状。

关键词 碳化硅 微加工工艺 高温 电容压力传感器

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基于温敏材料的量程可调电容式柔性压力传感器

9

作者 朱清松 孙权 +1 位作者 鲁玉军 鹿业波 《传感技术学报》 北大核心 2025年第4期598-602,共5页

柔性压力传感器在压力检测方面扮演着重要的角色,为了传感器能够适用于不同场景下的检测需求,提出了一种量程可调电容式柔性压力传感器的设计制备方法,采用温敏树脂作为介电层材料,打印银导线作为加热结构,通过焦耳热改变介电层刚度的... 柔性压力传感器在压力检测方面扮演着重要的角色,为了传感器能够适用于不同场景下的检测需求,提出了一种量程可调电容式柔性压力传感器的设计制备方法,采用温敏树脂作为介电层材料,打印银导线作为加热结构,通过焦耳热改变介电层刚度的方式实现传感器量程的控制。研究结果表明,通过控制加热电流,可实现传感器的量程和灵敏度的可控调节,介电层温度从25℃增加到55℃时,传感器的量程和灵敏度分别从4 MPa和0.17 MPa^(-1)变化为2.3 MPa和1.34 MPa^(-1)。面对不同场景的检测需求,可调节传感器的压力检测范围,实现更灵敏的压力检测性能。 展开更多

关键词 柔性电子 电容式压力传感器 温敏材料 灵敏度 量程可调

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基于Ecoflex的柔性电容式压力传感器的制备及特性研究

10

作者 宋阳阳 郑浩然 +3 位作者 张胜宾 王帅龙 杨盼 于仕辉 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期67-70,共4页

柔性压力传感器因其可穿戴、可拉伸、便携等特点,被广泛用于电子皮肤、运动监测、人机交互等领域。为提高柔性压力传感器的灵敏度,常采用光刻技术、化学刻蚀等制工艺,制备流程复杂,成本较高。结合简单便捷且低成本的紫外臭氧(UVO)紫外... 柔性压力传感器因其可穿戴、可拉伸、便携等特点,被广泛用于电子皮肤、运动监测、人机交互等领域。为提高柔性压力传感器的灵敏度,常采用光刻技术、化学刻蚀等制工艺,制备流程复杂,成本较高。结合简单便捷且低成本的紫外臭氧(UVO)紫外辐射技术和模板法,制备了Ecoflex双层褶皱微结构柔性电容式传感器,系统研究介质层微结构对传感器性能的影响。实验结果表明,具有交叉褶皱结构的传感器具有更高的灵敏度(2.34kPa^(-1)),更快的响应速度(50ms),较高的重复稳定性(1500次),并成功检测到手指弯曲、肘关节弯曲、脉搏跳动等情况,表明了该传感器在可穿戴电子设备、健康监测、运动监测等领域具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 柔性电容式压力传感器 ECOFLEX 双层折叠结构 交叉堆叠 可穿戴电子

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电容式压力传感器的设计和仿真分析

11

作者 曹海燕 王慧慧 +2 位作者 赵鹤然 孙晓东 张颖 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期88-91,共4页

对微器件中应用较广泛的一种电容式MEMS压力传感器的结构进行了优化设计,提出了一种新型的电容式压力传感器设计方案,使MEMS结构与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容。通过Ansys软件建立模型并进行仿真分析,结果表明:传感器的性能与... 对微器件中应用较广泛的一种电容式MEMS压力传感器的结构进行了优化设计,提出了一种新型的电容式压力传感器设计方案,使MEMS结构与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容。通过Ansys软件建立模型并进行仿真分析,结果表明:传感器的性能与敏感膜的形状和尺寸有关系。在所研究的结构参数范围内,1200μm方形膜结构的压力传感器的灵敏度可达到218.89 pF/MPa,而且高压范围内的灵敏度和线性度较低压范围的好。该结构的传感器工艺流程简易,仿真研究结果为电容式压力传感器的设计和应用提供了基础依据。 展开更多

关键词 电容式压力传感器 互补金属氧化物半导体工艺 ANSYS软件 敏感膜

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基于三浦折纸电容式压力传感器的仿真与优化

12

作者 孙鸿 李木军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期120-123,共4页

柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文... 柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文通过有限元仿真验证了三浦折纸电容式压力传感器的灵敏度随压力的增加而增大的变化规律。此外,仿真了不同初始二面角和厚度的三浦折纸传感器在不同压力下的电容变化情况,从结构上进行性能优化。 展开更多

关键词 柔性电容压力传感器 三浦折纸结构 灵敏度 有限元仿真

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基于微金字塔结构全体多孔介电层的柔性电容式传感器

13

作者 卢永琪 倪帅 +4 位作者 张鹏飞 王孟琪 宗琨尧 王蕾 潘如如 《丝绸》 北大核心 2025年第8期49-55,共7页

传感器作为关键的电子组件,在各种场景中发挥重要作用,但各种传感器结构仍不断创新,各种结构间存在性能差异。文章设计的电容传感器采用电极层-介电层-电极层结构,并在结构和性能上进行改进。电极层采用柔性导电织物,介电层采用柔性PDM... 传感器作为关键的电子组件,在各种场景中发挥重要作用,但各种传感器结构仍不断创新,各种结构间存在性能差异。文章设计的电容传感器采用电极层-介电层-电极层结构,并在结构和性能上进行改进。电极层采用柔性导电织物,介电层采用柔性PDMS材料制成,通过模型法和盐溶解法获得具有多孔微金字塔结构的介电层。为了隔离人体并满足使用要求,采用医用PU防水胶带进行封装。研究表明,通过材料改性和结构创新可以优化传感器的性能。文章设计的传感器表现出高灵敏度(S=0.190 kPa^(-1))、快速恢复(270 ms)、耐用性(2000次以上稳定)及在梯度压力测试灵敏度方面的高性能。此外,该传感器能够检测人体的生理信号。 展开更多

关键词 柔性电容式压力传感器 有限元模拟 金字塔微结构 多孔结构 压力传感 脉搏检测 手指弯曲角度测试

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柔性电容式压力传感器性能优化的研究进展 被引量：3

14

作者 党新玉 段沐荣 +2 位作者 吴蓓 孙润军 王秋实 《印染》 CAS 北大核心 2024年第4期72-77,共6页

柔性电容式压力传感器具有低能耗、高灵敏度、高稳定性等优点,在可穿戴设备、电子皮肤等柔性电子领域受到广泛关注。概述了以复合介电层和微结构设计为代表的柔性电容式压力传感器灵敏度提升方法,并介绍了柔性电容式压力传感器在追求高... 柔性电容式压力传感器具有低能耗、高灵敏度、高稳定性等优点,在可穿戴设备、电子皮肤等柔性电子领域受到广泛关注。概述了以复合介电层和微结构设计为代表的柔性电容式压力传感器灵敏度提升方法,并介绍了柔性电容式压力传感器在追求高灵敏度和宽检测范围方面通常采用的多级复合结构、复合机制和混合响应策略,最后对柔性电容式压力传感器发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 电容式压力传感器 结构设计 性能优化 灵敏度 研究进展

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基于双面多级微结构的柔性电容式压力传感器

15

作者 黄梁松 王硕 +4 位作者 张鹏 张坤 杜明超 黄鑫 步晓飞 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1692-1699,共8页

柔性压力传感器作为可穿戴智能设备的重要组成部分,在人体行为监测、电子皮肤系统等方面有广泛的应用。为了进一步利用微结构对柔性传感器灵敏度的提升效果,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与碳黑(CB)、多壁碳纳米管(MWCNTs)混合成导电材料并... 柔性压力传感器作为可穿戴智能设备的重要组成部分,在人体行为监测、电子皮肤系统等方面有广泛的应用。为了进一步利用微结构对柔性传感器灵敏度的提升效果,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与碳黑(CB)、多壁碳纳米管(MWCNTs)混合成导电材料并复制砂纸表面微结构作为上下电极层,用PDMS复制弧形凸起和砂纸微结构组成双面微结构介电层,设计成基于双面多级微结构的柔性电容式压力传感器。两种微结构的组合使得传感器的性能有了明显的提高,具有高的灵敏度(1.2875 kPa^(-1),<0.1 kPa),宽的检测范围(可达100 kPa),快的响应时间(80 ms),并保持良好的重复稳定性。结果表明:该传感器能够在人体行为监测以及其他应用方面发挥理想的性能。 展开更多

关键词 电容式压力传感器 双面微结构 多级微结构 人体行为监测

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电容式压力传感器的线性化校正与温度补偿 被引量：10

16

作者 刘沁 周东旭 +2 位作者 张治国 匡石 李新 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第11期1-2,6,共3页

论述了利用最小二乘法和牛顿插值法对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法。对电容式压力传感器信号存在非线性和温漂问题的机理进行了分析。采用最小二乘法对传感器输出信号进行非线性校正,然后利用牛顿插值法进... 论述了利用最小二乘法和牛顿插值法对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法。对电容式压力传感器信号存在非线性和温漂问题的机理进行了分析。采用最小二乘法对传感器输出信号进行非线性校正,然后利用牛顿插值法进行温度补偿。测试结果表明,在-40~85℃温度范围内实现了0.04%的测量精度。 展开更多

关键词 电容式压力传感器 最小二乘法 牛顿插值法

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基于LTCC技术的电容式无源压力传感器制备 被引量：5

17

作者 李晨 熊继军 +3 位作者 谭秋林 康昊 葛斌儿 王伟 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第6期95-97,共3页

因陶瓷有稳定的电特性、机械鲁棒性和化学惰性而得到广泛的应用。为了实现高温、高压、潮湿等恶劣环境中的压力测试,以一种陶瓷和耐高温导电浆料为基质,采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术和非接触无线传输设计方法实现传感器的制备。传感... 因陶瓷有稳定的电特性、机械鲁棒性和化学惰性而得到广泛的应用。为了实现高温、高压、潮湿等恶劣环境中的压力测试,以一种陶瓷和耐高温导电浆料为基质,采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术和非接触无线传输设计方法实现传感器的制备。传感器以LC谐振电路为基本工作原理,通过丝网印刷技术来实现电感、电容、导带等无源器件的安置,并且在空腔中填入碳膜(印刷碳浆料)有效地防止了层压中空腔的坍塌,所制传感器避免了器件的封装,引线外连,为传感器工作于高温、高压、潮湿等恶劣环境中奠定基础。 展开更多

关键词 低温共烧陶瓷 无线 电容式压力传感器 无源 高温

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新型厚膜陶瓷电容式压力传感器感压元件研究 被引量：6

18

作者 唐力强 李民强 +2 位作者 陈建群 张宾 王英先 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第6期39-42,共4页

采用厚膜传感技术研制新型陶瓷电容式压力传感器,重点开展厚膜陶瓷电容感压元件的制备工艺和混合集成化研究。详细阐述了双电容感压元件的工作原理、结构设计、工艺制备方法及性能测试。试验结果表明:研制的感压元件性能良好,非线性误... 采用厚膜传感技术研制新型陶瓷电容式压力传感器,重点开展厚膜陶瓷电容感压元件的制备工艺和混合集成化研究。详细阐述了双电容感压元件的工作原理、结构设计、工艺制备方法及性能测试。试验结果表明:研制的感压元件性能良好,非线性误差低于1.0%,迟滞误差小于0.5%,测试电容和参考电容温度系数近乎一致。 展开更多

关键词 厚膜 电容式压力传感器 感压元件

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基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器 被引量：9

19

作者 聂萌 郭安琪 +1 位作者 陈佳琦 徐峰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期481-484,共4页

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度... 设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^(-1)。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。 展开更多

关键词 柔性 电容式压力传感器 黑磷烯 氧化石墨烯 灵敏度

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一种新型CMOS电容式绝对压力传感器的设计 被引量：8

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作者 刘娜 黄庆安 秦明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期1863-1867,1870,共6页

提出了一种新型的采用标准CMOS工艺结合MEMS后处理工艺加工的电容式绝对压力传感器.传感器结构部分是由导体/介质层/导体组成的可变电容器.电容的上下极板分别为CMOS工艺中的多晶硅栅和n阱硅,中间介质层为栅氧化层.在CMOS工艺加工完之后... 提出了一种新型的采用标准CMOS工艺结合MEMS后处理工艺加工的电容式绝对压力传感器.传感器结构部分是由导体/介质层/导体组成的可变电容器.电容的上下极板分别为CMOS工艺中的多晶硅栅和n阱硅,中间介质层为栅氧化层.在CMOS工艺加工完之后,利用选择性的体硅腐蚀、pn结自停止腐蚀以及阳极键合等MEMS后处理工艺来得到传感器结构.与传统的电容式压力传感器相比,这种结构具有更大的初始固有电容,这样可以抑制寄生电容的影响,从而简化检测电路的设计.文中,应用多层膜理论模型分析了传感器的结构,并利用ANSYS有限元分析对模型进行了验证,并利用电容变化模型分析了传感器的灵敏度.对于边长为800μm的敏感方膜,初始电容值为1104pF,传感器灵敏度为46fF/hPa.同时,本文给出了传感器的电容检测电路的设计. 展开更多

关键词 CMOS电容式绝对压力传感器 灵敏度 电容检测电路

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