بهبود حساسیت هیدروفن با استفاده از ترانزیستور گیت معلق دندانه شانه‌ای در فرکانس‌های پایین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوادریا

چکیده

در این مقاله یک هیدروفن با استفاده از ترانزیستور گیت معلق دندانه شانه ای در فرکانس‌های پایین طراحی و شبیه‌سازی شده است. مکانیزم عملکرد این مبدل بر اساس تغییر خازن گیت-سورس در ترانزیستور ماسفت است. گیت ترانزیستور توسط دو میله به صورت معلق بالای کانال ترانزیستور قرار گرفته است. در پاسخ به موج آکوستیکی ورودی، گیت ترانزیستور دچار خمش شده و منجر به تغییر ظرفیت خازن گیت-سورس می‌شود. در نتیجه موج آکوستیکی منجر به تغییر جریان ترانزیستور می‌شود. برخلاف تحقیقات پیشن که از گیت مستطیلی مسطح استفاده شده است، در این‌جا از ساختار دندانه شانه‌ای استفاده شده تا بتوان ظرفیت خازن گیت-سورس را افزایش داد. در این مقاله، ابتدای امر، به معرفی ساختار و پارامترهای آن پرداخته می‌شود. پس از تحلیل مدهای ساختار، تاثیر پارامترهایی نظیر فشار، استرس و ضخامت گیت بر روی حساسیت بررسی خواهد شد. در آخر حساسیت ساختار با تغییر جنس گیت با مواد مختلف نشان داده می‌شود و حساسیت نهایی ساختار با منابع مرجع مقایسه می‌گردد. با بهره‌گیری از نرم افزار‌های المان محدود، حساسیت و پهنای باند محاسبه شده است. نتایج بدست آمده حاکی از افزایش حساسیت هیدروفن، در این ساختار، تا حدود (ref: 1V/1µPa) db 165- در فرکانس‌های پایین می باشد. علاوه براین، پاسخ فرکانسی ساختار پیشنهادی در بازه Hz 11400-10 هموار می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitivity Improvment Of Hydrophone Employing Suspended and Comb-Drived Gate of Transistor in Low Frequncies

نویسندگان [English]

  • roozbeh negahdari
  • Mohammad Zare Ehteshami
  • Hossein Shahmirzaee
Faculty of Naval Aviation, Malek Ashtar university, of Technology,
چکیده [English]

In this paper a new hydrophone sensor in low frequency has been designed and simulated. Transducer mechanism is based on variation of gate source capacitor in MOSFET transistor. Gate of transistor is suspended using two beams. In response to incoming acoustic wave, gate will go under deformation and cause variation of gate-source capacitor. As a result, acoustic wave will alter drain source current of MOSFET transistor. In contrast to privies studies, instead of using uniform rectangular gate, comb-drive gate is proposed so as to increase the gate-source capacitor. At beginning, structure and parameters such as pressure, stress and thickness of gate carried out. Finally, for different material the sensitivity is calculated and compared with previous studies. By employing finite-element-method simulation software sensitivity and bandwidth has been calculated. Simulation results indicate high sensitivity around -165dB (ref: 1V/1µPa) in low frequencies. Proposed hydrophone shows flat frequency response in rang of 10-11400 Hz.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydrophone
  • sensor
  • comb-drive
  • Suspended gate
  • Acoustic
  • Micro-Electro-Mechanical-Systems(MEMS)
  • MOSFET