Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 26, No. 11 (November 2013) 1323-1330   

downloaded Downloaded: 181   viewed Viewed: 1677

  THE EFFECT OF CORRUGATIONS ON MECHANICAL SENSITIVITY OF DIAPHRAGM FOR MEMS CAPACITIVE MICROPHONE
 
M. Taybi and B. A. Ganji
 
( Received: June 11, 2012 – Accepted in Revised Form: February 28, 2013 )
 
 

Abstract    In this paper the effect of corrugated diaphragm on performance of MEMS microphone is described. The corrugated diaphragm is modeled in order to improve the sensitivity of micromachined silicon acoustic sensor. Analytical analyzes have been carried out to derive mathematic expressions for the mechanical sensitivity and displacement of corrugated diaphragm with residual stress. It is shown that the mechanical sensitivity and displacement of diaphragm can be modeled using thin plate theory. The mechanical stress of corrugated diaphragm is calculated using mathematical model and its relationship to residual stress is expressed. The analytically result show that the mechanical sensitivity of diaphragm can be increased using corrugation. Because the corrugation can be reduce the effect of residual stress of diaphragm.

 

Keywords    Corrugation diaphragm, residual stress, mechanical stress, mechanical sensitivity

 

چکیده    این مقاله یک طراحی جدیدی از تغییردهنده­ی فاز میکروالکترومکانیکی (MEMS) برای کاربردهای شبکه محلی بی سیم (WLAN) دو بانده ارائه می دهد. یک بیت با شیفت فاز ثابت °11.25 طراحی می شود. این شیفت فاز با سوئیچ کردن بین دو مسیر شامل سلول های واحد به تعداد متفاوت 6 و 12 در هر باند فرکانسی ایجاد می شود. یک سلول واحد از غشای طلای معلق بر موج بر هم صفحه (CPW) ساخته می شود. غشا تحت تحریک الکتروستاتیکی می تواند به صورت عمودی حرکت داده شود و بدین ترتیب سبب تغییر باند فرکانسی کاری شود. دو حالت از سلول واحد برای سوئیچ بین دو باند فرکانسی GHz2.4 و GHz5.2 (استاندارد IEEE 802.11 برای سیستم های WLAN دوبانده) استفاده می شود. ابتدا یک معادله ی بسته از مدل ساده ساختار بدست آورده می شود. سپس با استفاده از این معادله و شبیه ساز ADS تغییردهنده ی فاز دوبانده طراحی می شود. اعتبار مدل سازی و معادلات با استفاده از شبیه ساز ساختار فرکانس بالا (HFSS) نشان داده می شود. در فرکانس GHz2.4 ماکزیمم تلفات برگشتی و جایگذاری به ترتیب برابر dB 16.96- و 0.12- می باشند که بهره ی شیفت فاز °/dB 93.75 (°/cm60.22) به نمایش می گذارند. در فرکانس GHz5.2 ماکزیمم تلفات برگشتی و جایگذاری به ترتیب برابر dB 16.86- و 0.15- می باشند که بهره ی شیفت فاز °/dB 75 (°/cm60.22) به نمایش می گذارند. طراحی ارائه شده ی جدید تنها روش برای دستیابی به تغییر دهنده ی فاز دوبانده با استفاده از تکنولوژی MEMS می باشد که دارای تلفات و وزن پایین به همراه خطی بودن بالا نسبت به دیگر تکنولوژی هااست.

References   

1.     Patil, S. A. and Hansen, J. H., "The physiological microphone (pmic): A competitive alternative for speaker assessment in stress detection and speaker verification", Speech Communication,  Vol. 52, No. 4, (2010), 327-340.

2.     Bai, Y.-W. and Yeh, C.-H., "Design and implementation of a remote embedded dsp stethoscope with a method for judging heart murmur", in Instrumentation and Measurement Technology Conference, IEEE, (2009), 1580-1585.

3.     Ko, W. H., Zhang, R., Huang, P., Guo, J., Ye, X., Young, D. J., and Megerian, C. A., "Studies of mems acoustic sensors as implantable microphones for totally implantable hearing-aid systems", Biomedical Circuits and Systems, IEEE Transactions on,  Vol. 3, No. 5, (2009), 277-285.

4.     Chan, C.-K., Lai, W.-C., Wu, M., Wang, M.-Y. and Fang, W., "Design and implementation of a capacitive-type microphone with rigid diaphragm and flexible spring using the two poly silicon micromachining processes", Sensors Journal, IEEE,  Vol. 11, No. 10, (2011), 2365-2371.

5.     Goto, M., Iguchi, Y., Ono, K., Ando, A., Takeshi, F., Matsunaga, S., Yasuno, Y., Tanioka, K., and Tajima, T., "High-performance condenser microphone with single-crystalline silicon diaphragm and backplate", Sensors Journal, IEEE,  Vol. 7, No. 1, (2007), 4-10.

6.     Ganji, B. A. and Majlis, B. Y., "Design and fabrication of a new mems capacitive microphone using a perforated aluminum diaphragm", Sensors and Actuators A: Physical,  Vol. 149, No. 1, (2009), 29-37.

7.     Wang, W., Lin, R. and Ren, Y., "Design and fabrication of high sensitive microphone diaphragm using deep corrugation technique", Microsystem Technologies,  Vol. 10, No. 2, (2004), 142-146.

8.     Abuelma’atti, M. T., "Large signal performance of micromachined silicon condenser microphones", Applied Acoustics,  Vol. 68, No. 6, (2007), 616-627.

9.     Kressmann, R., Klaiber, M. and Hess, G., "Silicon condenser microphones with corrugated silicon oxide/nitride electret membranes", Sensors and Actuators A: Physical,  Vol. 100, No. 2, (2002), 301-309.

10.           Beer, F. P., Johnston, E. R. and DeWolf, J. T., "Mechanics of materials", Textbook, (1992).   





International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir