优化拓扑结构以增强表面应力传感的压阻微悬臂梁的应力调控
摘要：使用声表面波结构使得传感器更易于表面应力转化为电阻变化。优化性能的关键在于应力和压阻效应之间的相互作用。传统的优化方法基于一维的简化模型，忽略了潜在的更好的设计。为此，我们采用拓扑优化方法对具有p型压阻的Si(100)微悬臂梁进行优化。结果显示，与传统设计相比，优化后的结构可提高高达30%的灵敏度。一种重复出现的“双悬臂”结构出现在优化结果中，该结构优化了纵向应力，并减少了压阻电阻器上的横向应力，从而提高了灵敏度。我们开发了一个简化模型来分析这些设计中的应力分布。通过调整模型中的几何特征，我们确定了优化应力分布的理想参数组合。与传统偏向于较短悬臂的设计相反，我们的研究结果重新定义了高效的表面应力传感器，并为创新的传感器设计打开了新的可能性。
作者：Chao Zhuang, Kosuke Minami, Kota Shiba, Genki Yoshikawa
论文ID：2308.11143
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-08-23