Electromechanical analysis of a piezoresistive pressure microsensor for low-pressure biomedical applications

A. L. Herrera-May, B. S. Soto-Cruz, F. López-Huerta, L. A. Aguilera Cortés

Resumen


El análisis electromecánico de un microsensor de presión piezoresistivo con un diafragma de sección cuadrada para aplicaciones biomédicas de baja presión es presentado. Este análisis es desarrollado mediante un nuevo modelo polinomial y un modelo con el método elemento finito (FEM). Un microsensor con un diafragma de 1000 μm de longitud y tres diferentes espesores (10, 15 y 20 μm) es estudiado. La respuesta eléctrica de éste microsensor es obtenida mediante un puente de Wheatstone con cuatro piezoresistores tipo p localizados sobre la superficie del diafragma. El diafragma con 10 μm de espesor presenta una deflexión máxima de 3.74 μm utilizando el modelo polinomial, el cual tiene una diferencia relativa de 5.14 and 0.92% con respecto al modelo de Timoshenko y al modelo FEM, respectivamente. La máxima sensibilidad y esfuerzo normal calculado con el modelo polinomial son 1.64 mV/V/kPa and 102.1 MPa, respectivamente. Los resultados del modelo polinomial concuerdan bien con el modelo de Timoshenko y el modelo FEM para pequeñas deflexiones. Además, el modelo polinomial puede ser utilizado fácilmente para predecir la deflexión, esfuerzo normal, respuesta eléctrica y sensibilidad de un microsensor de presión piezoresistivo con un diafragma de sección cuadrada sujeto a pequeñas deflexiones.


Palabras clave


Modelo de elemento finito; piezoresistores; modelo polinomial; microsensor de presión

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