طراحی هیدروفون حساسیت بالا با بهره‌گیری از لایه نازک پیزوالکتریک بر روی ترانزیستور ماسفت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی هوادریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در مقاله پیش رو یک سنسور هیدروفون در ابعاد میکرومتر با حساسیت بالا معرفی، طراحی و مدل سازی شده است. ساختار پیشنهادی با استفاده تکنولوژی مرسوم MEMS به طور کامل قابل پیاده سازی است. ساختار مکانیکی این سنسور از دو بازو در ابعاد میکرومتر بهره می‌گیرد که یک صفحه را معلق نگه می‌دارند. در طول هر یک از بازو‌ها با ایجاد ناخالصی بر روی سیلیکون ترانزیستور ماسفت جا‌سازی شده است که بر روی گیت آنها لایه بسیار نازک از ماده پیزوالکتریک PZT-5A قرار داده شده است. استرس ناشی از موج آکوستیکی برخوردی باعث ایجاد بارهای سطحی بر روی لبه لایه پیزوالکتریک شده و به گیت ترانزیستورمنتقل می‌شود. این بارها به صورت مستقیم باعث تغییر مقاومت کانال ترانزینسور شده و در نهایت تغییرات جریان الکتریک توسط مبدل الکترونیکی به تغییرات ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌شود. طبق نتایج شبیه سازی به دست آمده حساسیت مبدل پیشنهادی dB 160- می‌باشد(در فرکانس‌های بسیار پایین‌تر از رزونانس).

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design of high sensitivity hydrophone employing thin layer of piezoelectric integrated with Mosfet

نویسندگان [English]

  • Mohammad Zare Ehteshami
  • Hossein Shahmirzaee
Faculty of Naval Aviation, Malek-Ashtar University of Technology
چکیده [English]

In this article new micro-scale hydrophone sensor has been introduced, designed and modeled. Proposed structure is absolutely feasible by current MEMS technology. Mechanical structure consists of two micro-scale arms which together hang a plat. In length of each arms embedded Mosfet transistor placed which on its’ gate plate very thin layer of piezoelectric material, PZT-5A, has been placed. Incident acoustic wave cause mechanical stress which induce surface charge on the interface of piezoelectric and gate layer. These charges will modulate transistor’s channel resistance and finally with employing electronic circuit electric current variation transfers to voltage variation. Simulation results indicated sensitivity of -160 dB in frequencies well below first resonance.

In this article new micro-scale hydrophone sensor has been introduced, designed and modeled. Proposed structure is absolutely feasible by current MEMS technology. Mechanical structure consists of two micro-scale arms which together hang a plat. In length of each arms embedded Mosfet transistor placed which on its’ gate plate very thin layer of piezoelectric material, PZT-5A, has been placed. Incident acoustic wave cause mechanical stress which induce surface charge on the interface of piezoelectric and gate layer. These charges will modulate transistor’s channel resistance and finally with employing electronic circuit electric current variation transfers to voltage variation. Simulation results indicated sensitivity of -160 dB in frequencies well below first resonance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • sonar
  • hydrophone
  • sensor
  • micro-electromechanical-systems