一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片

来源：电子与信息学报杂志2024年第4期北京时间：

作者：彭思敏, 夏善红, 刘向明, 高雅浩, 张洲威, 张巍, 邢学斌, 刘语斐, 毋正伟, 彭春荣

单位：1.中国科学院空天信息创新研究院传感技术联合国家重点实验室 北京 1001902.中国科学院大学电子电气与通信工程学院 北京 100049

摘要：为降低激励电压和串扰噪声，实现高灵敏3维电场检测，该文提出一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片。其敏感结构由1组可动屏蔽电极和4组固定感应电极构成，固定感应电极两两对称，在压电驱动结构作用下可动屏蔽电极垂直振动，4组感应电极在待测电场作用下产生周期性的感应电流，通过测量4组感应电极的感应电流，并经过差分求和解耦方法可分别获得x,y,z坐标轴方向的电场分量。该文通过有限元仿真设计了3维电场传感芯片结构，分析了其测量的可行性，对关键结构参数进行优化设计，并设计了敏感芯片加工工艺流程。对研制的芯片进行了实验测试，结果表明，单屏蔽电极3维电场传感芯片在0～50 kV/m电场强度范围内，x,y,z 3轴输出灵敏度分别为0.2214 mV/(kV/m), 0.3580 mV/(kV/m), 2.1768 mV/(kV/m)，3维电场的最大测量误差小于5.3%。

关键词：单屏蔽电极, 3维, 电场, 垂直振动

基金资助：国家自然科学基金(62031025, 61971398)，国家重点研发计划(2022YFB3207300, 2021YFB2011700)，中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20200026, GJJSTD20210004)