۴۰

جدول ۴-۵ نتایج شبیه سازی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم p++si

ویژگی ها

نتایج

ولتاژ پولین (V)

۵۳

ظرفیت اولیه خازنی سنسور (pF)

۸۱/۱

حساسیت سنسور (۱/Pa)

^۵-۱۰×۸۱۱/۱

فرکانس رزونانس (KHz)

۸/۱۸۲

حساسیت مکانیکی دیافراگم (m/Pa)

^۱۱-۱۰×۲۴/۶

۴-۳ استفاده از دیافراگم پلی‌سیلیکون جهت افزایش حساسیت سنسور فشار چشم
جهت بهبود وضعیت سنسور فشار چشم و افزایش حساسیت سنسور، اولین گام تغییر ماده دیافراگم می‌باشد. استرس پسماند پلی‌سیلیکون دوپینگ شده با فسفر تقریبا به MPa 20 می‌رسد لذا ماده پلی‌سیلیکون بعلت استرس پسماند کمی که در مقایسه با p++si دارد، انتخاب می‌شود. دیافراگم مدل شده از جنس پلی‌سیلیکون دوپینگ شده با فسفر با استرس Mpa 20 دارای طول دیافراگم μm550μm × ۵۵۰ ، ضخامت μm 4 و شکاف هوایی μm 5/1می‌باشد. مدول یانگ و ضریب پواسن به ترتیب GPa160 و ۲۲/۰ می‌باشد. شکل ۴-۲۶ منحنی جابجایی بر حسب ولتاژ بایاس حاصل از شبیه سازی برای سنسور فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون را نشان می‌دهد. مطابق با شکل ولتاژ پولین در ۴۷ ولت اتفاق می‌افتد این در حالیست که برای دیافراگم p++si مقدار ولتاژ پولین ۵۳ ولت بدست آمده است. شکل ۴-۲۷ منحنی جابجایی بر حسب فشار حاصل از شبیه سازی را نشان می‌دهد. همانطور که شکل نشان می‌دهد هرچه فشار افزایش یابد، جابجایی مرکز دیافراگم نیز زیاد می‌شود. در رنج فشار اعمال شده جابجایی مرکز دیافراگم بصورت خطی با فشار تغییر می‌کند. مطابق با شکل حساسیت مکانیکی برای دیافراگم پلی‌سیلیکون معادل شیب نمودار بوده و برابر

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

m/Pa ^۱۱-۱۰×۳۷۵/۸ می‌باشد در حالیکه حساسیت مکانیکی برای دیافراگم p++si
m/Pa ^۱۱-۱۰×۲۴/۶ بدست آمده است. شکل ۴-۲۸ رابطه ظرفیت خازنی و فشار اعمال شده تحت ۴% ولتاژ پولین را نشان می‌دهد. آنالیز المان محدود، ظرفیت خازنی اولیه را pF 81/1 محاسبه می‌کند و این مقدار مطابق با فرمول (۳-۱۴)، pF 78/1 می‌باشد. نتایج نشان می دهند که آنالیز المان محدود، تطابق زیادی با نتایج ریاضی دارد. با اعمال فشار از ۰ تا mmHg60 ، ظرفیت خازنی از pF 81/1 تا pF 7/2 تغییر می‌یابد. لذا حساسیت سنسور فشار معادل ۱/Pa ^۵-۱۰×۴۶۴/۲ می‌باشد. مقدار ظرفیت خازنی با بهره گرفتن از معادله (۳-۱۵) تحت فشار mmHg60 ، pF 64/2 می باشد.

شکل ۴-۲۶ منحنی جابجایی بر حسب ولتاژ بایاس برای دیافراگم پلی‌سیلیکون

شکل ۴-۲۷ منحنی جابجایی بر حسب فشار

شکل ۴-۲۸ منحنی ظرفیت خازنی بر حسب فشار
نمودار جابجایی برحسب فرکانس برای دیافراگم پلی‌سیلیکون در شکل ۴-۲۹ نشان داده شده است. تجزیه و تحلیل طیف سنسور از KHz 100 تا KHz 700 رسم شده است. همانطور که از شکل مشخص است فرکانس رزونانس دیافراگم پلی‌سیلیکون برابر KHz 56/229 می‌باشد در حالیکه برای دیافراگم p++si فرکانس رزونانس KHz 8/182 بدست آمده است. پارامترهای فیزیکی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون در جدول ۴-۶ آمده است. جدول ۴-۷ نتایج حاصل از شبیه سازی این ساختار را نشان می‌دهد.
شکل ۴-۲۹ نمودار جابجایی برحسب فرکانس برای دیافراگم پلی‌سیلیکون
جدول ۴-۶ پارامترهای طراحی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون