A NEW NUMERICAL APPROACH FOR MODELLING OF SILICON PIEZORESISTIVE SENSORS
Keywords:
Deformation, Galerkin method, membrane, piezoresistives gages, pressure sensor, sensitivityAbstract
In this paper, we present a static response of a square or rectangular silicon membrane under uniform and constant pressure, in the case of weak perturbations. We employ Galerkin method with trigonometrical basis functions to provide an accuracy and simple solution w(x,y) for the silicon
membrane. We then investigated a piezoresistive pressure sensor that have a silicon diaphragm with rectangular or square shape and employ piezoresistives gages. These gages are linked together in the form of
Wheatstone bridge. The gages factor (K), sensitivity (Sp) and output voltage (ΔV) is analysed. The results obtained show that the change of resistance due to pressure was linear over a pressure range of [0
to 10bar]
References
- S. Mir : “ Conception des microsystèmes sur Silicium”, 2002
Hermès Sciences.
- L. Cao, T. Song Kim, S.C. Mantell, D.L. Polla: “Simulation
and fabrication of piezoresistif membrane type MEMES strain
sensors” Sensors And Actuators 80(2000) pp 273-279.
- S.P. Timochenko, S. Woinoiwsky-Krieger. “Theory of plates
and shells”. Mc Graw-hill; 1982.
- Y.L. Inden, L. Tenerz, J. Tiren and B. Hok. “Fabrication of
three dimensional Silicon structure by means of doping
selective etching”. Sensors And Actuators 1989; (16): p 67.
- X.Y. Ye, J.H. Zhang, Z.Y. Zhou and Y. Yang “Measurement
of Young’s Modulus and Residual Stress of
Micormembranes” Seven international Symposium on Micro
Machine and Human Science” (1996) IEEE, pp 125-P.R.
- C. S. Sander, J.W. Knutti and J.D. Meindel. A monolithic
capacitive pressure sensor with pulse –period out put. IEEE
transaction on electron devices1980; ED 27 (5): 927.
- J.J. Wortmans, R.A. Evans. ”Young’s modulus, Shear
modulus and Poisson’s ratio in Silicon and Germanium”.
Journal of Applied Physics. 1965; 36 (1):153.
- D. Maier-Schneider, J. Maibach, and E. Obermeier. ”A new
Analytical solution for the load-deflection of square
Membranes”. Journal of Micro electromechanical systems
; (4): 238-241.
- G. Blasquez, Y. Naciri, P. Blondel, N. Benmoussa and P.
Pons, “Static response of miniature pressure sensors with
square or rectangular diaphragm”, Revue
Phys appl. 22, (1987), pp 505-510
- R. Steinmann, H. Friemann, C.
Presher and R. Schellin. ”Mechanical
behaviour of micro machined sensor
membrane under uniform external
pressure affected by in plane stresses
using a Ritz method and Hermite
polynomials”. Sensors And Actuators 1995; A48: 37-46.
- H.E. Elgamel. ”Closed form expressions for the relationships
between stress, diaphragm deflection and resistance change
with pressure in silicon piezoresistif pressure sensors”.
Sensors and Actuators 1995; A50: 17-22.
- D. Young, ”Vibration of rectangular plates by the Ritz
method”. Journal of Applied Mechanical: 1950; (17): 448.
- F. Kerrour, F. Hobar : Nouvelle approche pour la résolution
de l’équation différentielle de Lagrange régissant la
déformation d’une membrane fine au silicium” ISESC’05 june
-21, 2005, Jijel University, Algeria, IEEE.
- F. Kerrour F. Hobar: ”A novel numerical approach for
modelling of the square shaped silicon membrane”
Semiconductor Physics, Quantum Electronics &
Optoelectronics, 2006.V9, N4.pp 52-57.
- A. Boukaabache ‘Conception, modélisation et réalisation
d’un capteur de pression piezoresistif a faible dérive
thermique’ thèse de doctorat d’état de l’université de
Constantine, 1993.
- C. Plantier “ Etude de faisabilité de capteurs de pression
piezoresistifs a jauges en silicium poly cristallin” thèse de
doctorat de l’université Paul Sabatier de Toulouse 1992.
- S. Mir “ silicium Dispositif et physique des MEMS au
Silicium”, pp 19-27, 2002. Hermes Sciences.
- H. Johari “Development of MEMS sensors for
measurements of pressure, relative humidity and temperature”
thesis of degree of master sciences in mechanical engineering,
Worcester Polytechnic institute. April 2003
- A.V. Gridchin, V.A. Gridchin,” The four-terminal
piezotransducer: theory and comparison with Piezoresistif
Bridge” Sensors And Actuators A58 (1997) pp 219-223.
- Y. Kanda “A Graphical Representation of the
Piezoresistance Coefficient in Silicon” IEEE transaction on
electron devices1980; ED-29, N°.1 1982 pp 64-74.
- Y. Kanda “Piezoresistance Effect of Silicon” Sensors and
Actuators Vol A28 p83 (1991)
- C.S. Smith “Piezoresistivity in Silicon and Germanium”
Phys. Rev. 94, pp 42-49, (1954).
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