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压电AlN MEMS的新进展(续)
1
作者 赵正平 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期1-31,共31页
Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN... Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) ALN 掺钪AlN薄膜 薄膜体声波谐振器(FBAR) 轮廓模式谐振器 压电微机械超声换能器(PMUT)
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压电AlN MEMS的新进展
2
作者 赵正平 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期1-25,共25页
Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN... Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) ALN 掺钪AlN薄膜 薄膜体声波谐振器(FBAR) 轮廓模式谐振器 压电微机械超声换能器(PMUT)
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Flexible inorganic piezoelectric functional films and their applications
3
作者 Liyun Zhen Lijun Lu +2 位作者 Yongtao Yao Jingquan Liu Bin Yang 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期433-462,共30页
Piezoelectric materials play an increasingly important role in energy harvesters,sensors,and actuators.Flexible and thin piezoelectric films have been demonstrated to provide advanced functionalities and improved perf... Piezoelectric materials play an increasingly important role in energy harvesters,sensors,and actuators.Flexible and thin piezoelectric films have been demonstrated to provide advanced functionalities and improved performances.However,the research on flexible inorganic piezoelectric thin films has rarely been systematically summarized.Here,we summarize the recent advances in the flexible inorganic piezoelectric thin films,focusing on their structural designs,fabrication techniques,and applications in various practical scenarios.Specifically,different fabrication techniques suitable for diverse inorganic piezoelectric nanostructures are reviewed,including sol-gel,hydrothermal,electrospinning,and other techniques,and the integration process with flexible substrates is further discussed.Biomedical and industrial applications of the flexible piezoelectric thin films are emphasized.Finally,some existing challenges and future perspectives are discussed. 展开更多
关键词 inorganic piezoelectric thin films fabrication techniques structural design flexible electronics
原文传递
基于压电微机械超声换能器的液体密度测量传感器
4
作者 周红宇 张玉超 +1 位作者 苗斌 李加东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期374-378,共5页
液体产品的密度检测是审核产品品质的重要手段之一。针对当前传统密度检测装置体积大、功耗高、不易在线检测的问题,该文设计并制作了一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的液体密度测量传感器。该传感器由两个PMUT(半径为500μm,空气... 液体产品的密度检测是审核产品品质的重要手段之一。针对当前传统密度检测装置体积大、功耗高、不易在线检测的问题,该文设计并制作了一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的液体密度测量传感器。该传感器由两个PMUT(半径为500μm,空气中谐振频率为136 kHz)组成,分别作为发射端与接收端。实验测试结果表明,该传感器的谐振频率与液体密度成线性关系,在776~1150 kg/m^(3)密度范围内具有良好的响应,其灵敏度为17 Hz/kg/m^(3)。 展开更多
关键词 密度检测 压电微机械超声换能器 薄膜振动
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基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备
5
作者 刘亚琦 陈明珠 +8 位作者 张巧珍 赵祥永 王巨杉 唐艳学 王飞飞 王书豪 汪尧进 苗斌 李加东 《上海师范大学学报(自然科学版)》 2023年第5期597-608,共12页
压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿... 压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景. 展开更多
关键词 压电式微机械超声换能器(PMUT) 高频 锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3) PZT)薄膜 器件制备
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氧化锌压电薄膜传感器设计理论研究 被引量:5
6
作者 陈晓明 金仲和 邹英寅 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1994年第2期37-41,共5页
利用压电薄膜和表面微机械技术可实现新型的氧化锌簿膜器件。本文分析了氧化锌薄膜表面微机械器件中氧化锌的压电效应,微机械结构的应力分布,以及压电感应电荷与器件尺寸的关系。这些结果可为器件的设计提供理论依据。
关键词 压电薄膜 微机械 传感器 氧化锌
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纳米压痕法研究PZT压电薄膜的力学性能 被引量:10
7
作者 蒋锐 胡小方 +1 位作者 许晓慧 伍小平 《实验力学》 CSCD 北大核心 2007年第6期575-580,共6页
PZT压电薄膜的力学性能如弹性模量、硬度等对于MEMS器件的结构设计、结构响应特性、服役性能等尤为重要。薄膜材料由于尺寸效应、表面效应等的作用,力学性能与宏观块体材料有显著差异。本文用纳米压痕法获得了PZT压电薄膜的弹性模量和硬... PZT压电薄膜的力学性能如弹性模量、硬度等对于MEMS器件的结构设计、结构响应特性、服役性能等尤为重要。薄膜材料由于尺寸效应、表面效应等的作用,力学性能与宏观块体材料有显著差异。本文用纳米压痕法获得了PZT压电薄膜的弹性模量和硬度,考察了基底的影响,分析了退火时间对于其力学性能的影响,以及硬度和压入深度之间的压痕尺度效应。 展开更多
关键词 PZT压电薄膜 纳米压痕法 压痕尺度效应
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压电微电机之综述 被引量:1
8
作者 包定华 闻敏 +1 位作者 顾豪爽 邝安祥 《微特电机》 北大核心 1998年第5期40-43,共4页
利用压电薄膜的低温沉积工艺与微机械加工技术结合可以制作出压电微电机。这种压电微电机在医用微型器械,自聚焦系统,精密微定位、微型机器人等领域有着重要应用。本文介绍了几种压电微电机的制作过程、结构、工作原理及有关结果,并... 利用压电薄膜的低温沉积工艺与微机械加工技术结合可以制作出压电微电机。这种压电微电机在医用微型器械,自聚焦系统,精密微定位、微型机器人等领域有着重要应用。本文介绍了几种压电微电机的制作过程、结构、工作原理及有关结果,并指出了目前存在的问题和下一步研究发展的方向。 展开更多
关键词 压电薄膜 压电微电机 压电材料 微电机 电机
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大尺寸厚膜压电陶瓷驱动变形镜的制备工艺研究 被引量:3
9
作者 刘相果 胡东霞 +1 位作者 胡吉海 冯小东 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第4期570-572,577,共4页
研制了一种适合高频响应变形镜使用要求的压电陶瓷材料体系,并采用流延工艺成功制备了大尺寸厚膜(Ф90mm×0.30mm),并采用粘接固化工艺制备出Ф90mm口径的压电厚膜驱动连续变形镜。结果表明,压电陶瓷材料配方通式为Pb1-aMa[(... 研制了一种适合高频响应变形镜使用要求的压电陶瓷材料体系,并采用流延工艺成功制备了大尺寸厚膜(Ф90mm×0.30mm),并采用粘接固化工艺制备出Ф90mm口径的压电厚膜驱动连续变形镜。结果表明,压电陶瓷材料配方通式为Pb1-aMa[(Zn1-bL6)1/3Nb2(1-x)3]eZTfTigOh,e+f+g=1,M—Ca、Sr、Ba、La、K,L—Ni、Co、Fe,其机电耦合系数kp≥O.72,压电常数d33≥590pC/N,居里温度Tc≥300℃,介电损耗tanδ≤1.2%,介电常数ε33^T/ε0=2000-2500,烧成温度1150℃;扣除离焦前的压电厚膜驱动连续变形镜面形约3μm,扣除离焦后的面形约0.4μm;陶瓷厚膜的烧银过程变形致使镜面粘接工艺过程气泡难以消除,产生变形镜面-陶瓷间粘接不连续。 展开更多
关键词 大尺寸厚膜压电陶瓷 流延工艺 变形镜
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具有表面微机械结构的体声波复合谐振器研究 被引量:1
10
作者 陈晓明 金仲和 +1 位作者 邹英寅 王跃林 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1994年第5期12-15,35,共5页
本文报道了一种具有表面微机械结构的新型体声波复合谐振器。讨论了ZnO薄膜换能器的取向与体波模式机电耦合系数之间的关系;复合谐振器特性与器件参数的关系。给出了谐振器的制作工艺及测试结果。器件的尺寸为250μm×25... 本文报道了一种具有表面微机械结构的新型体声波复合谐振器。讨论了ZnO薄膜换能器的取向与体波模式机电耦合系数之间的关系;复合谐振器特性与器件参数的关系。给出了谐振器的制作工艺及测试结果。器件的尺寸为250μm×250μm,谐振频率在559.05MHz。 展开更多
关键词 体声波器件 压电薄膜 表面微机械 谐振器
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微电子机械系统中的压电薄膜微马达
11
作者 崔天宏 王立鼎 +2 位作者 吕琼莹 马建旭 梁静秋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1995年第4期1-6,共6页
本文提出了压电薄膜微马达的工作原理,介绍了该马达的优良性能、结构形式和加工工艺,最后指出了该马达研制的关键技术以及应用前景。
关键词 压电薄膜微马达 IC工艺 微电子机械系统 电动机
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8×8阵列压电厚膜驱动变形镜的制备及性能研究
12
作者 刘相果 胡东霞 +1 位作者 冯小东 曾祥明 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第1期66-69,共4页
利用流延工艺制备大尺寸高性能压电陶瓷片(100mm×100mm×0.50mm),在此基础上研究8×8阵列排布的厚膜压电陶瓷驱动连续变形镜的制备工艺技术,并对变形镜的理论拟合面形和实际闭环控制校正面形进行研究分析。结果表明,变形... 利用流延工艺制备大尺寸高性能压电陶瓷片(100mm×100mm×0.50mm),在此基础上研究8×8阵列排布的厚膜压电陶瓷驱动连续变形镜的制备工艺技术,并对变形镜的理论拟合面形和实际闭环控制校正面形进行研究分析。结果表明,变形镜的初始面形的像差振幅为2.664λ,像差均方根振幅为0.557λ,而经闭环控制校正+手动微校正后后,获得较佳的镜面效果像差振幅为0.36λ,像差均方根振幅为0.095λ;闭环控制校正面形与理论拟合的面形(像差振幅为0.005λ,像差均方根振幅为0)存在一定差距,主要原因是变形镜制备工艺过程或驱动闭环控制系统存在一定的滞后性或试验误差造成的。 展开更多
关键词 大尺寸厚膜压电陶瓷 流延工艺 变形镜 闭环控制
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体声波复合谐振器新结构的研究
13
作者 邹英寅 王跃林 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第11期9-12,共4页
本文报道了一种由氧化锌薄膜和多晶硅膜片构成的体声波复合谐振器的新结构,与传统制作在硅支撑膜片上的压电复合谐振器不同,多晶硅支撑膜采用表面微机械技术获得,因而是完全平面工艺,不需要双面光刻和背面腐蚀。采用S枪磁控反应溅... 本文报道了一种由氧化锌薄膜和多晶硅膜片构成的体声波复合谐振器的新结构,与传统制作在硅支撑膜片上的压电复合谐振器不同,多晶硅支撑膜采用表面微机械技术获得,因而是完全平面工艺,不需要双面光刻和背面腐蚀。采用S枪磁控反应溅射在多晶硅膜片上获得了c轴取向良好的氧化锌薄膜。所得的谐振器的基波工作频率在560MHz左右,而尺寸小于250×250μm2。 展开更多
关键词 体声波器件 压电薄膜 硅表面微机械 谐振器
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柱状薄膜型压电微电机的有限元模拟
14
作者 王四林 邵可然 《微特电机》 北大核心 2004年第1期6-7,12,14,共4页
通过对柱状薄膜型压电微电机致动机理的研究 ,运用有限元模拟进行模态分析。通过对定子固有频率以及机构尺寸的计算 ,为类似研究探讨提供一种行之有用的方法。
关键词 柱状薄膜型压电微电机 有限元模拟 固有频率 定子换能器 定子 转子
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基于表面微机械和压电薄膜技术的新型微谐振器
15
作者 邹英寅 王跃林 《真空科学与技术》 CSCD 1994年第4期307-308,共2页
一种基于表面微机械和压电薄膜技术的体声波器件新结构,是在多晶硅膜片上演积氧化锌(ZnO)压电薄膜。ZnO膜是在c轴采用S枪磁控反应溅射定向生长,而多晶硅膜片采用表面微机械技术制备。采用平面工艺,对氧化牺牲层化学蚀刻和照像腐蚀... 一种基于表面微机械和压电薄膜技术的体声波器件新结构,是在多晶硅膜片上演积氧化锌(ZnO)压电薄膜。ZnO膜是在c轴采用S枪磁控反应溅射定向生长,而多晶硅膜片采用表面微机械技术制备。采用平面工艺,对氧化牺牲层化学蚀刻和照像腐蚀,制得表面微结构,其性能与在硅膜片上各向异性的传统制作工艺比较,在制作简易性、生产量和可靠性方面都有重大进展。已制成的微谐振器尺寸为15μm×150μm和250μm×250μm,其谐振频率为559.05MHz。 展开更多
关键词 谐振器 体声波器件 表面微机械 压电薄膜
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表面微机械结构的氧化锌压电薄膜器件的工艺研究
16
作者 金仲和 陈晓明 邹英寅 《微细加工技术》 1994年第2期36-41,共6页
本文对表面微机械结构的氧化锌压电薄膜器件的关键工艺进行了研究。研究了表面微机械工艺,探索了合适的工艺规范。对如何在表面微机械结构上采用S枪磁控反应溅射生长出c轴定向的ZnO薄膜工艺进行了研究。
关键词 压电薄膜 氧化锌 工艺 表面微机械结构
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MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法 被引量:3
17
作者 富迪 陈豪 +2 位作者 杨轶 任天令 刘理天 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2011年第8期523-527,共5页
针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压... 针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。 展开更多
关键词 硅-硅键合 微机电压电超声换能器(pMUT) PZT膜 高频换能器阵列 医学超声成像
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铌酸钾钠无铅压电陶瓷薄膜的制备方法研究 被引量:1
18
作者 曹洋 朱孔军 +4 位作者 裘进浩 庞旭明 顾洪汇 郑红娟 季宏丽 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期33-38,50,共7页
铌酸钾钠无铅压电陶瓷薄膜具有居里温度高、机电耦合系数高、介电常数低等优点,制备方法种类繁多。综述了铌酸钾钠薄膜的制备技术,包括溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法和磁控溅射法等;讨论了铌酸钾钠薄膜各种方法的制备工艺与功能性质的关... 铌酸钾钠无铅压电陶瓷薄膜具有居里温度高、机电耦合系数高、介电常数低等优点,制备方法种类繁多。综述了铌酸钾钠薄膜的制备技术,包括溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法和磁控溅射法等;讨论了铌酸钾钠薄膜各种方法的制备工艺与功能性质的关系等,指出了各种制备技术的优缺点及发展现状;最后提出了目前铌酸钾钠薄膜制备及应用中存在的一些问题及今后的发展方向。 展开更多
关键词 铌酸钾钠薄膜 制备工艺 无铅压电陶瓷薄膜
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压电薄膜微机电加速度传感器的力学分析
19
作者 孙博华 韩立锋 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期621-627,共7页
基于压电薄膜的压电效应,研究压电薄膜微机电加速度传感器.对双层压电薄膜微机电加速度传感器进行静力分析,得到传感器方程,并进行数值计算.结果表明,随着压电薄膜厚度的增大,灵敏度随之增大,在一定厚度下达到最大值,随着厚度的进一步增... 基于压电薄膜的压电效应,研究压电薄膜微机电加速度传感器.对双层压电薄膜微机电加速度传感器进行静力分析,得到传感器方程,并进行数值计算.结果表明,随着压电薄膜厚度的增大,灵敏度随之增大,在一定厚度下达到最大值,随着厚度的进一步增大,灵敏度反而减小.然后进行动力分析,得到噪音、质量因子、最小可测信号等技术参数,并进行了数值计算.运用ANSYS软件进行谐响应分析,得到不同频率下结构的动力响应曲线. 展开更多
关键词 微机电加速度传感器 压电效应 压电薄膜 灵敏度
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ZnO薄膜硅微压电矢量水听器 被引量:5
20
作者 李俊红 魏建辉 +3 位作者 马军 任伟 刘梦伟 汪承灏 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期273-280,共8页
提出了一种基于ZnO压电薄膜的硅微压电矢量水听器,其核心部件是利用微电子机械系统(MEMS)技术制作的悬臂梁结构压电加速度计。由近似解析和有限元分析,得出加速度计的灵敏度和谐振频率,并在此基础上对其进行了优化设计。研制了MEMS压电... 提出了一种基于ZnO压电薄膜的硅微压电矢量水听器,其核心部件是利用微电子机械系统(MEMS)技术制作的悬臂梁结构压电加速度计。由近似解析和有限元分析,得出加速度计的灵敏度和谐振频率,并在此基础上对其进行了优化设计。研制了MEMS压电加速度计,并装配后构成MEMS矢量水听器。测试结果表明:加速度灵敏度在20~1,200 Hz范围内约为0.83 mV/(m/s^2)。经过液柱法测量,在1 kHz时,MEMS矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 dB(ref.1V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB以上。 展开更多
关键词 矢量水听器 ZnO 压电加速度计 微压 压电薄膜 加速度灵敏度 近似解析 微电子机械系统 压阻式 标准加速度计
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