靜電驅動硅基介觀壓阻式微陀螺儀設計與相關陀螺測試.pdf

1、微機械陀螺儀由于其體積小、功耗低以及可靠性高等優(yōu)點，而在慣性測量領域有著廣泛的應用前景。共振隧穿器件是基于分子束外延（MBE）技術的新型介觀壓阻器件，其靈敏度比硅壓阻靈敏度高約一個數(shù)量級，且受溫度的影響較小。將其應用于微機械陀螺的研究本質上可提高陀螺的靈敏度。針對該隧穿器件的應用設計了一種結構新穎的陀螺，結合硅基異質外延砷化鎵單晶薄膜技術，不但實現(xiàn)了高靈敏度隧穿器件在陀螺上的集成，而且可應用成熟硅微加工技術實現(xiàn)高深寬比陀螺結構的加工。<

2、br>　　論文在對微機械陀螺工作原理進行介紹的基礎上，對微機械陀螺的動力學方程進行了分析。同時對靜電驅動原理、介觀壓阻檢測原理的相關理論進行了分析研究。提出了一種采用基于硅基—砷化鎵材料的陀螺結構，其中陀螺結構采用硅材料加工，敏感元件采用砷化鎵材料加工。通過大量的理論分析與仿真研究，確定了結構具體的尺寸參數(shù)。并對陀螺的固有頻率、結構阻尼等進行了研究，驗證了陀螺結構設計的合理性；通過路徑分析確定了敏感元件的放置位置，以獲得較高的靈敏度。<

3、br>　　通過對陀螺加工過程中關鍵工藝的詳細說明以及與加工單位的協(xié)調研究，設計并確定了陀螺加工的具體工藝流程與加工版圖，其中敏感元件的加工采用表面微加工技術，陀螺結構的加工采用體微加工技術。
　　利用課題組所研究的成果，對一種電磁式介觀壓阻陀螺進行了性能測試，驗證了陀螺敏感元件RTD具有負阻效應，另外也得到陀螺的驅動頻率大于等于4KHz。利用三軸轉臺進行測試，在-1000—0°/s與0—1000°/s的角速度范圍內陀螺的靈敏度分別