一种高品质因子模态局域化MEMS电场传感器

来源：电子与信息学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：王贵杰, 储昭志, 杨鹏飞, 冉莉芳, 彭春荣, 李建华, 张波, 闻小龙

单位：1.北京科技大学数理学院 北京 1000832.北京科技大学北京市弱磁检测及应用工程技术研究中心 北京 1000833.中国科学院微电子研究所 北京 1000294.北京信息科技大学理学院 北京 1001925.中国科学院空天信息创新研究院 北京 100190

摘要：高性能微机电系统电场传感器是大气电场及非接触电压测量的核心部件，模态局域化效应可显著提升传感器的分辨力等性能，是电场传感器的重要发展方向。然而，基于弱耦合的谐振系统在品质因子较低时会出现模态混叠现象，难以读取有效振幅信息。该文提出一种高品质因子的新型模态局域化MEMS电场传感结构，采用双端音叉设计和T形系绳固定锚点的结构以减少能量损耗，实现了高品质因子和高分辨力，有效避免了模态混叠现象。对该结构进行了理论分析和数值模拟，制备了传感器原理样机，在\begin{document}$ {10}^{-3}\;\mathrm{P}\mathrm{a} $\end{document}气压下对传感器进行了性能测试。测试结果表明，在0～90 kV/m电场强度范围内，电场传感器分辨力达\begin{document}$ 32\;(\mathrm{V}/\mathrm{m})/\sqrt {\mathrm{H}\mathrm{z}} $\end{document}，品质因子达42 423。

关键词：模态局域化, 微机电系统, 电场传感器, 高品质因子, T形系绳, 双端音叉

基金资助：国防基础科研计划(JCKY2022110C013)，国家自然科学基金(62031025, 62101054)，国家重点研发计划(2022YFB3207300)，北京科技大学来华留学课程建设项目2023KCYB003)