用作化学传感器的微悬臂梁的有限元建模

如今，不同几何形状的硅微悬臂梁被广泛用作微机电系统，并且最近还被用作原子力显微镜（AFM）中的力传感器探针。在过去十年中，开发了多种应用，包括将这些AFM微米级悬臂梁用作微量天平中的质量探针或化学微系统器件中的化学传感器。对于具有复杂形状的悬臂梁，其横截面沿梁长度方向不恒定（例如“V形”微悬臂梁），其共振频率无法解析计算。首先，为了验证我们有限元方法的准确性，我们对均匀矩形微悬臂梁的共振频率进行了解析值、实验值和有限元计算值之间的比较。然后，我们对涂有薄敏感层（50 nm金）的硅梁进行了建模。为了精确计算这些多层悬臂梁的共振频率，我们深入研究了网格参数对计算频率的影响。其次，根据不同“V形”硅悬臂梁的几何尺寸和机械参数（杨氏模量、密度），评估了它们的灵敏度。计算了未涂覆悬臂梁的共振频率，并与实验确定的值进行了比较。然后，采用类似的方法来预测涂有敏感层的此类悬臂梁的灵敏度。