多晶硅電阻電熱激勵(lì)-壓阻檢測(cè)微諧振式加速度計(jì)研究.pdf

1、MEMS加速度計(jì)具有體積小、重量輕、功耗小、成本低和過載能力強(qiáng)等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通用航空、車輛控制、工業(yè)自動(dòng)化、探礦、醫(yī)療衛(wèi)生、玩具、智能手機(jī)、平板電腦、地震監(jiān)測(cè)、網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
　　本文提出一種基于多晶硅電阻電熱激勵(lì)、壓阻檢測(cè)微諧振梁的諧振式加速度計(jì)。在二氧化硅和氮化硅薄膜之上制作的多晶硅激勵(lì)和檢測(cè)電阻避免了單晶硅電阻存在的 PN結(jié)漏電問題;減小了激勵(lì)信號(hào)和拾振信號(hào)之間的耦合干擾,從而降低測(cè)試電路濾波的難度。

2、
　　論文采用理論計(jì)算和有限元分析軟件對(duì)器件進(jìn)行了熱力學(xué)分析、靜力學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析,獲得了諧振梁的諧振頻率與結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性、靜態(tài)熱功率、惠斯通檢測(cè)電橋焦耳熱及加速度之間的解析表達(dá)式,據(jù)此對(duì)微諧振式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　器件的諧振單元采用由熱氧化法生長的 SiO2薄膜、LPCVD淀積的氮化硅薄膜和 PECVD法淀積的氮化硅薄膜組成的微諧振梁結(jié)構(gòu)。合理設(shè)計(jì)三者的厚度使得諧振梁的初始應(yīng)力狀態(tài)為張應(yīng)力,補(bǔ)償工

3、作時(shí)靜態(tài)激勵(lì)功率和檢測(cè)電橋焦耳熱引起的熱應(yīng)力,避免諧振梁產(chǎn)生壓屈形變。
　　采用KOH溶液濕法腐蝕和ICP干法刻蝕相結(jié)合的工藝制作器件結(jié)構(gòu)節(jié)約成本。選取兩個(gè)分支長度不等的<110>補(bǔ)償條作為質(zhì)量塊凸角的補(bǔ)償圖形,減小了凸角的削角比,并且占用較小的芯片面積;設(shè)計(jì)夾具和 AR-PC504耐腐蝕膠相結(jié)合的措施對(duì)Al線保護(hù),減少了工序的重復(fù)。通過優(yōu)化刻蝕氣體及流量參數(shù)獲得不同材料的最優(yōu)ICP刻蝕工藝參數(shù)。最后,論文研究了微梁釋放斷裂的原因