بهبود حساسيت هيدروفن با استفاده از ترانزيستور گيت معلق دندانه شانه‌اي در فركانس‌هاي پايين

Sensitivity Improvment Of Hydrophone Employing Suspended and Comb-Drived Gate of Transistor in Low Frequncies

در اين مقاله يك هيدروفن با استفاده از ترانزيستور گيت معلق دندانه شانه اي در فركانس‌هاي پايين طراحي و شبيه‌سازي شده است. مكانيزم عملكرد اين مبدل بر اساس تغيير خازن گيت-سورس در ترانزيستور ماسفت است. گيت ترانزيستور توسط دو ميله به صورت معلق بالاي كانال ترانزيستور قرار گرفته است. در پاسخ به موج آكوستيكي ورودي، گيت ترانزيستور دچار خمش شده و منجر به تغيير ظرفيت خازن گيت-سورس مي‌شود. در نتيجه موج آكوستيكي منجر به تغيير جريان ترانزيستور مي‌شود. برخلاف تحقيقات پيشن كه از گيت مستطيلي مسطح استفاده شده است، در اين‌جا از ساختار دندانه شانه‌اي استفاده شده تا بتوان ظرفيت خازن گيت-سورس را افزايش داد. در اين مقاله، ابتداي امر، به معرفي ساختار و پارامترهاي آن پرداخته مي‌شود. پس از تحليل مدهاي ساختار، تاثير پارامترهايي نظير فشار، استرس و ضخامت گيت بر روي حساسيت بررسي خواهد شد. در آخر حساسيت ساختار با تغيير جنس گيت با مواد مختلف نشان داده مي‌شود و حساسيت نهايي ساختار با منابع مرجع مقايسه مي‌گردد. با بهره‌گيري از نرم افزار‌هاي المان محدود، حساسيت و پهناي باند محاسبه شده است. نتايج بدست آمده حاكي از افزايش حساسيت هيدروفن، در اين ساختار، تا حدود (ref: 1V/1µPa) db 165- در فركانس‌هاي پايين مي باشد. علاوه براين، پاسخ فركانسي ساختار پيشنهادي در بازه Hz 11400-10 هموار مي باشد.

In this paper a new hydrophone sensor in low frequency has been designed and simulated. Transducer mechanism is based on variation of gate source capacitor in MOSFET transistor. Gate of transistor is suspended using two beams. In response to incoming acoustic wave, gate will go under deformation and cause variation of gate-source capacitor. As a result, acoustic wave will alter drain source current of MOSFET transistor. In contrast to privies studies, instead of using uniform rectangular gate, comb-drive gate is proposed so as to increase the gate-source capacitor. At beginning, structure and parameters such as pressure, stress and thickness of gate carried out. Finally, for different material the sensitivity is calculated and compared with previous studies. By employing finite-element-method simulation software sensitivity and bandwidth has been calculated. Simulation results indicate high sensitivity around -165dB (ref: 1V/1µPa) in low frequencies. Proposed hydrophone shows flat frequency response in rang of 10-11400 Hz.