Optimization of sensitivity of MEMS micro-pressure sensor

Shiqiu PENG; Saining ZHU

doi:10.37188/OPE.20223013.1582

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Optimization of sensitivity of MEMS micro-pressure sensor

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-08-07

- Optimization of sensitivity of MEMS micro-pressure sensor
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 13, Pages: 1582-1590(2022)
- 作者机构：
  
  无锡中微晶园电子有限公司，江苏无锡 214000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223013.1582
  CLC： TP212
- Received：24 March 2022，
  
  Revised：24 April 2022，
  
  Published：10 July 2022
- 稿件说明：
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彭时秋,朱赛宁.MEMS微压压力传感器的灵敏度优化[J].光学精密工程,2022,30(13):1582-1590.

PENG Shiqiu,ZHU Saining.Optimization of sensitivity of MEMS micro-pressure sensor[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1582-1590.
彭时秋,朱赛宁.MEMS微压压力传感器的灵敏度优化[J].光学精密工程,2022,30(13):1582-1590. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1582.

PENG Shiqiu,ZHU Saining.Optimization of sensitivity of MEMS micro-pressure sensor[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1582-1590. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1582.

摘要

为提高微机电系统微压压力传感器的灵敏度，根据硅压阻式压力传感器的工作原理介绍了影响压力传感器灵敏度的主要因素。使用COMSOL Mutilphysics有限元仿真软件开展压力敏感膜层厚度、压敏电阻摆放位置及压敏电阻长度对灵敏度影响规律的研究。根据仿真结果，减小压力敏感膜层厚度至15 μm，设置压敏电阻长度为120 μm，并将压敏电阻摆放至距压敏膜层边缘10 μm的位置，完成了一款量程为40 kPa的MEMS硅压阻式微压压力传感器的结构优化，有效提升了传感器的灵敏度。测试结果表明，该压力传感器的灵敏度达到0.444 mV/kPa，相较于常规同量程灵敏度为0.35 mV/kPa的压力传感器，提升了26.8%。上述优化结果基本满足MEMS微压压力传感器的高灵敏度、高线性度等要求。

Abstract

Aiming to increase the sensitivity of a micro-electro-mechanical system （MEMS） micro-pressure sensor， the primary factors that influence sensor sensitivity were introduced according to the working principle of a silicon piezoresistive pressure sensor. Subsequently， simulations were conducted using the COMSOL Multiphysics software to analyze the influence of film thickness， optimal position， and length of the varistor. Based on the simulation results， the sensitivity of a 40 kPa MEMS micro-pressure sensor was optimized. The sensitivity of the micro-pressure sensor could be enhanced effectively by reducing the film thickness to 15 μm， setting the length of the varistor to 120 μm， and strategically placing the varistor 10 μm away from the edge of the film. The test results of the optimized sensor show that by optimizing the structure design， a sensitivity of 0.444 mV/kPa can be achieved for the MEMS micro-pressure sensor. The sensitivity of the optimized sensor is 26.8% greater than that of the standard sensor， which has a sensitivity of 0.35 mV/kPa. Thus， the system requirements of higher sensitivity and linearity can be satisfied using the optimized MEMS micro-pressure sensor.

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