電容式微機(jī)械加速度計的研究.pdf

1、與傳統(tǒng)加速度計相比，微機(jī)械加速度計具有成本低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而有著廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)的電容式微機(jī)械加速度計進(jìn)行研究，包括器件結(jié)構(gòu)的原理設(shè)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(xué)方程，并對其頻率特性進(jìn)行分析。通過對空氣阻尼分析可知，在通常的微機(jī)械結(jié)構(gòu)中壓膜阻尼的阻尼系數(shù)要比滑膜阻尼的大得多，為了提高分辨率和線性度，設(shè)計了一種變面積式的

2、電容式微機(jī)械加速度計。在此基礎(chǔ)上，完成電容式微機(jī)械加速度計的動力學(xué)結(jié)構(gòu)和電學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用 U 形梁結(jié)構(gòu)來減小結(jié)構(gòu)釋放時的殘余應(yīng)力，通過在質(zhì)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(gòu)成差分檢測電容。設(shè)計的微機(jī)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(jī)械加工技術(shù)、表面微

3、機(jī)械加工技術(shù)以及LIGA技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)可知，體微機(jī)械加工技術(shù)比較適合用來制作電容式微機(jī)械加速度計。為此著重對用來制作電容式微機(jī)械加速度計的體微機(jī)械加工工藝進(jìn)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(shù)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)。詳細(xì)研究了在電容式微機(jī)械加速度計制作工藝過程中遇到的深反應(yīng)離子刻蝕的過刻蝕現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理以及解決方法。在上述研究基礎(chǔ)上，利用單晶硅體微機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合硅一玻璃陽極鍵合技術(shù)完成了電容式微機(jī)械加速度計的制作。