高 翔,禹胜林,张 弛

(南京信息工程大学电子与信息工程学院,南京 210044)

目前提升电容式湿度传感器性能有大致这几方面的研究,首先是减小湿度传感器的上电极厚度[1],上电极越薄,水分子透过上电极的效率就越高,性能也就越好,其次是研发新型湿敏材料[2],不同湿敏材料的线性度,湿滞都会有偏差,还有是研究多孔上电极[3],通过在上电极制造多孔形状,可以让水分子更加迅速的到达湿敏层,以减短传感器的响应时间[4],但是对上电极进行光刻造孔过程中会出现过度腐蚀而发生栅条断裂的情况[5-6],国内外学者对于在上电极过度腐蚀这一方面的研究非常少。

ANSYS作为大型通用有限元软件,被广泛地应用于工程结构、传热、流体运动和电磁等力学分析中,并在气象、地球物理和医学等领域得到广泛应用和发展,本文利用ANSYS对当前普遍采用的条形栅多孔上电极以及本文设计的环形多孔上电极进行模拟受力分析,通过比对两者之间的形变图,应力以及应变分布情况图,为本次设计的环形多孔上电极抗断裂的可靠性优于条栅形多孔上电极提供有力的数据支撑。

1 有限元分析仿真

1.1 建模

首先建立了目前湿度传感器领域普遍采用的条栅形多孔上电极的模型[7],所建模型如图1所示,此次对比仿真实验为了使得对比效果明显,决定对条栅形的建模尺寸选定为100 μm×100 μm×1 μm,栅条的宽度为2 μm,间隔为2 μm,中间的十字固定梁的宽度是4 μm,外框的宽度是3 μm,模型的材料……