本文關鍵詞：梳齒式微機械加速度計加工工藝研究

  更多相關文章： 梳齒式微機械加速度計 變間距電容位移傳感 ICP刻蝕 干法釋放

【摘要】：硅微機械加速度計是一種重要的力學傳感器,是最早研究的微機械慣性傳感器之一,因為其易于小型化、硅材料良好的機械性能、硅微加工工藝成熟、便于和IC集成等特點,在航空導航、軍用武器等領域有廣泛應用。本論文以量程為±15g、加速度等價機械熱噪聲小于10μg/√Hz的加速度計為目標,基于梳齒電容檢測和靜電反饋的原理,運用反應離子深刻蝕技術制作微機械結構,對MEMS加速度計的設計和加工工藝進行了初步的探索性研究。本文在對MEMS加速度計發(fā)展背景和國內外動態(tài)調研的基礎上,分析了傳統(tǒng)慣性傳感力學模型以及變間距電容傳感模型,針對課題目標進行了結構設計和模型建立,研究了包括振子結構本征頻率、敏感軸與非敏感軸方向頻率比值、系統(tǒng)機械熱噪聲、工作頻帶和線性度等開、閉環(huán)工作模式下系統(tǒng)各項性能參數(shù),提出了加速度計的具體設計方案。然后利用有限元軟件ANSYS對已建立的彈簧-振子結構進行了模態(tài)分析。理論計算和仿真建模得到的模態(tài)分析結果均可驗證系統(tǒng)在機械結構上的可靠性。工藝制作方面,本論文進行了梳齒式微機械加速度計加工工藝的探索性研究,提出了以SOI(Silicon On Insulator)硅片為基底的整體結構加工工藝流程,重點介紹了SOI硅片器件層深刻蝕后的釋放工藝,探索了多種不同的釋放方法,并對結果進行了分析比較,最終采用干法釋放方式成功實現(xiàn)了敏感質量塊和活動梳齒的懸空。對于加工出的加速度表頭模塊,我們結合電路進行了本征頻率及Q值測試,測得共振頻率為384.5Hz,Q值為104.5,由此推知整個加速度計表頭的加速度等價機械熱噪聲為7.4×10-7g/√Hz,遠低于我們的設計要求10-5g/√Hz。經(jīng)過標定,加速度表頭在開環(huán)狀態(tài)下能夠以127.4m V/g的靈敏度對外界加速度進行響應,實現(xiàn)了加速度的開環(huán)測量功能。該結構的加工效果與設計目標一致,預期在閉環(huán)模式工作時能夠達到15g的加速度檢測量程。本文工作為最終實現(xiàn)量程為±15g、熱噪聲小于10μg/√Hz、工作在靜電閉環(huán)反饋模式的加速度計表頭奠定了基礎。
【關鍵詞】：梳齒式微機械加速度計 變間距電容位移傳感 ICP刻蝕 干法釋放
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 課題研究主要內容10-12
• 第二章 梳齒式微機械加速度計基本原理及結構設計12-27
• 2.1 加速度計基本原理12-13
• 2.2 梳齒電容式加速度計原理13-15
• 2.3 梳齒式微機械加速度計表頭結構設計15-24
• 2.4 梳齒電容式微機械加速度計靜電反饋分析24-25
• 2.5 整體結構設計25-26
• 2.6 本章小結26-27
• 第三章 梳齒式微機械加速度計表頭加工工藝研究27-47
• 3.1 光刻工藝28-32
• 3.2 深硅刻蝕(ICP)工藝32-38
• 3.3 結構釋放工藝38-45
• 3.4 本章小結45-47
• 第四章 梳齒式微機械加速度計測試47-54
• 4.1 梳齒式微機械加速度計頻率SEM測試47-48
• 4.2 梳齒式微機械加速度計電路測試48-53
• 4.3 本章小結53-54
• 第五章 總結與展望54-56
• 5.1 總結54-55
• 5.2 展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻57-61
• 附錄1 標準工藝流程參數(shù)61-62
• 附錄2 碩士期間完成的論文62

【參考文獻】

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本文編號：695321