压电检测陀螺薄膜材料分析及仿真研究

文档摘要：理论分析了影响压电微机电系统(MEMS)陀螺检测电压输出幅值的因素,结合MEMS领域常用的氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT)这3种压电薄膜材料,设计了一种微梁构型的检测陀螺.利用有限元软件COMSOL进行了陀螺的模态、功能的仿真分析.仿真结果显示:使用AlN柔度系数的陀螺结构驱动与检测模态固有频率频差为22Hz;陀螺结构可以敏感z轴角速度输入;ZnO、AlN和PZT陀螺电压灵敏度分别为2.23,2.16,0.79μV/((°)·s-1),AlN和ZnO的电压灵敏度大于PZT,且AlN的工艺性好于ZnO;因此,AlN在3种压电材料中最适合用于压电检测MEMS陀螺.

Abstract：ThepiezoelectricMEMSgyroscopedetectingvoltageoutputamplitudeinflencingfactorsareanalyzedtheoretically,andadetectiongyroscopewithmicrobeamconfigurationisdesignedbycombiningAlN,ZnOandPZTpiezoelectircthinfilmmaterialscommonlyusedinMEMSfield.ThemodalandfunctionofgyroscopearesimulatedandanalyzedbyusingCOMSOLfiniteelementsoftware.Theresultsofsimulationsshowthatthenaturalfrequencydifferencebetweenthedrivingmodeanddetectingmodeofthegyroscopestructureis22Hz.z-axisangularvelocityinputcanbesensedbygyroscopestructure,andZnO,AlNandPZTgyroscopevoltagesnsitivitiesare2.23μV/(°)/s,2.16μV/(°)/sand0.79μV/(°)/s,respectively.ThevoltagesensitivityofAlNandZnOishigherthanthatofPZT,andthemanufacturabilityofAlNisbetterthanthatofZnO.Therefore,AlNisthemostsuitablematerialforpiezoelectricdetectingMEMSgyroscopeamongthreepiezoelectircmaterials.

作者：张一飞   陈光伟   赵前程 Author：ZHANGYifei   CHENGuangwei   ZHAOQiancheng
作者单位：东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040北京大学集成电路学院微米/纳米加工技术国家级重点实验室,北京100871
刊名：传感器与微系统 ISTICPKU
Journal：TransducerandMicrosystemTechnologies
年，卷(期)：2024, 43(6)
分类号：TN384
关键词：压电陀螺  薄膜材料  COMSOL仿真  电压灵敏度  
Keywords：peizoelectricgyroscope  thin-filmmaterial  COMSOLsimulation  voltagesensitivity  
机标分类号：TG115.33TB302O652
在线出版日期：2024年7月12日
基金项目：压电检测陀螺薄膜材料分析及仿真研究[
期刊论文]  传感器与微系统--2024, 43(6)张一飞  陈光伟  赵前程理论分析了影响压电微机电系统(MEMS)陀螺检测电压输出幅值的因素,结合MEMS领域常用的氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT)这3种压电薄膜材料,设计了一种微梁构型的检测陀螺.利用有限元软件COMSOL进行了陀螺的模态、...参考文献和引证文献
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关键词：压电陀螺,薄膜材料,COMSOL仿真,电压灵敏度,

2024-10-4 02:11 上传 压电检测陀螺薄膜材料分析及仿真研究.pdf

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