電容式微機(jī)械加速度計(jì)的研究.pdf

1、與傳統(tǒng)加速度計(jì)相比，微機(jī)械加速度計(jì)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(duì)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(jì)進(jìn)行研究，包括器件結(jié)構(gòu)的原理設(shè)計(jì)、工藝制作以及性能測(cè)試等。 論文首先介紹了加速度計(jì)的基本工作原理、動(dòng)力學(xué)方程，并對(duì)其頻率特性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)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(jì)了一種變面積式的

2、電容式微機(jī)械加速度計(jì)。在此基礎(chǔ)上，完成電容式微機(jī)械加速度計(jì)的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)和電學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用 U 形梁結(jié)構(gòu)來(lái)減小結(jié)構(gòu)釋放時(shí)的殘余應(yīng)力，通過(guò)在質(zhì)量塊上制作的柵形可動(dòng)電極與其下面玻璃襯底上制作的叉指形固定電極來(lái)構(gòu)成差分檢測(cè)電容。設(shè)計(jì)的微機(jī)械加速度計(jì)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(guò)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(lái)制作電容式微機(jī)械加速度計(jì)。為此著重對(duì)用來(lái)制作電容式微機(jī)械加速度計(jì)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(yáng)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(jì)制作工藝過(guò)程中遇到的深反應(yīng)離子刻蝕的過(guò)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(yáng)極鍵合技術(shù)完成了電容式微機(jī)械加速度計(jì)的制作。