電容式微機械加速度計的研究.pdf

1、與傳統(tǒng)加速度計相比，微機械加速度計具有成本低、體積小、重量輕等優(yōu)點，因而有著廣泛的應用前景。本論文工作是針對一種在大氣中具有較高靈敏度的變面積式結構的電容式微機械加速度計進行研究，包括器件結構的原理設計、工藝制作以及性能測試等。 論文首先介紹了加速度計的基本工作原理、動力學方程，并對其頻率特性進行分析。通過對空氣阻尼分析可知，在通常的微機械結構中壓膜阻尼的阻尼系數要比滑膜阻尼的大得多，為了提高分辨率和線性度，設計了一種變面積式的

2、電容式微機械加速度計。在此基礎上，完成電容式微機械加速度計的動力學結構和電學結構設計，采用 U 形梁結構來減小結構釋放時的殘余應力，通過在質量塊上制作的柵形可動電極與其下面玻璃襯底上制作的叉指形固定電極來構成差分檢測電容。設計的微機械加速度計固有頻率和Q值分別為1140Hz和575，位移靈敏度和電容靈敏度值分別為1.9×10<'-7>m·g<'-1>和1.29×10<'-13>F·g<'-1>。 通過比較體微機械加工技術、表面微

3、機械加工技術以及LIGA技術的優(yōu)缺點可知，體微機械加工技術比較適合用來制作電容式微機械加速度計。為此著重對用來制作電容式微機械加速度計的體微機械加工工藝進行了研究，包括單晶硅的各向異性濕法腐蝕、硅一玻璃陽極鍵合技術和深反應離子刻蝕技術。詳細研究了在電容式微機械加速度計制作工藝過程中遇到的深反應離子刻蝕的過刻蝕現(xiàn)象產生機理以及解決方法。在上述研究基礎上，利用單晶硅體微機械加工技術結合硅一玻璃陽極鍵合技術完成了電容式微機械加速度計的制作。