基于锆钛酸铅的低电压驱动MEMS电场传感器研究

来源：电子与信息学报杂志2023年第1期北京时间：

作者：雷虎成, 夏善红, 彭春荣, 毋正伟, 张洲威, 刘俊, 彭思敏, 刘向明, 高雅浩

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：该文提出一种基于锆钛酸铅(PZT)的低电压驱动微机电系统(MEMS)电场传感器。该传感器基于电荷感应原理，其敏感单元由固定电极和可动电极构成。固定电极与可动电极均为感应电极，同时两者又是屏蔽电极。在PZT压电材料的驱动下，可动电极产生垂直于敏感芯片基底的振动并且与固定电极形成交互屏蔽，当存在待测电场时，分别在可动电极和固定电极上产生相位差为180°的感应电流信号。该文进行了传感器的设计和有限元仿真，提出敏感微结构的加工工艺流程，突破了基于PZT压电材料的可动电极MEMS工艺兼容制备技术，完成了敏感芯片制备，对传感器进行了性能测试。该传感器具有工作电压低的突出优点。实验测试表明，在0～50 kV/m电场强度范围内，采用1 V交流驱动电压，电场传感器的灵敏度为0.292 mV/(kV/m)，线性度为2.89%。

关键词：电场传感器, 锆钛酸铅, 低电压驱动, 微机电系统

基金资助：国家自然科学基金(62031025, 61971398, 41775024)，中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20200026, GJJSTD20210004)