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电极表面粗糙度对检测电容的影响
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2013.9.9
  • 页码:2266-2271
  • 分类:TM934.2[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:[1]哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150001, [2]哈尔滨工业大学MEMS中心,黑龙江哈尔滨150001
  • 相关基金:国家重大科学研究计划资助项目(No.2012CB934104);国家自然科学基金资助项目(No.61071037);中央高校基本科研业务费专项资金资助(No.HIT.NSRIF.2014040)
  • 相关项目:基于超疏水效应的液浮转子微陀螺研究
中文摘要:

平行板电容是大多数MEMS传感器件的核心检测结构。考虑随着检测电极间距的减小,电极表面粗糙度会对其空间电场分布产生影响,本文研究了电极表面粗糙度对检测电容性能的影响。建立了单粗糙电极的平行板电容器模型,并采用有限元法分析了表面粗糙度和边缘效应对静电场分布的影响;针对粗糙表面增大了电极存储电荷的能力。对粗糙表面的平行板电容器计算公式进行了修正。采用原子力显微镜对不同粗糙度的样本进行了表征,实验和仿真结果表明:减小两电极之间的距离,增大检测电极的表面粗糙度,可以显著增大检测电容。当检测电极的粗糙度从0.063nm增加到60nm时,平行板电容器电容值增大了9.0%。结论显示,增大MEMS电容器两电极的表面粗糙度,可以有效地增大MEMS器件的检测灵敏度。

英文摘要:

Parallel plate capacitor is a core mechanism in a Micro-mechanical-electrical (MEMS) sens- ing device. As the surface roughness of an electrode has obviously impact on the space electric field when the distance between the electrodes is shortened in the capacitance detection, this paper explores the effect of the surface roughness of electrode on the performance of the parallel plate capacitor. A parallel plate capacitor model with a single roughness electrode was established, and then the finite el- ement method was used to study the effect of the surface roughness on the detecting capacitance. Based on increasing rough surface to enhance the memory electric charge capability, the formula for parallel plate capacitor with rough surface was corrcted. Finally, the Atomic Force Microscopy(AFM) was used to describe the samples with different surface roughnesses. Experiments and simulation re- sults indicate that the surface roughness has a obviously effect on the detecting capacitance. Increasing the surface roughness of an electrode and decreasing the distance between the electrodes can improve the detecting capacitance greatly. When the surface roughness of an electrode increases from 0. 063 nmto 60 nm, the detecting capacitance value grows by 9.0 percent. The result shows that increasing the surface roughnesses of electrodes can improve the sensitivity of MEMS devices.

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期刊论文 11 会议论文 5 专利 6
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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699