新型體微機(jī)械工藝制造高性能加速度傳感器的研究.pdf

1、該論文研究了帶有自檢功能的同平面自限制側(cè)壁壓阻敏感加速度傳感器的原理、設(shè)計(jì)、制作工藝和器件測(cè)試.為實(shí)現(xiàn)該加速度傳感器,提出了一套新的體硅微機(jī)械工藝,使用普通硅片取代SOI硅片來(lái)制作器件.圍繞該加速度計(jì)的設(shè)計(jì)和新工藝驗(yàn)證,在總結(jié)分析已有工作的基礎(chǔ)上,提出了有新穎特色的設(shè)計(jì).傳感器芯片由一對(duì)懸臂梁沿相反方向排列,敏感加速度方向和芯片同平面,使用懸臂梁刻蝕間隙作為過(guò)載保護(hù).采用在深槽側(cè)壁(懸臂梁彎曲的表面)制作壓阻的方法,大大提高了加速度傳感

2、器的靈敏度.利用集成在加速度傳感器上的靜電驅(qū)動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)電自檢測(cè)功能.采用解析方法對(duì)器件的靜態(tài)特性、振動(dòng)阻尼特性、電自檢測(cè)功能等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì).器件的主要設(shè)計(jì)指標(biāo):S=1.10μV/3.3V/g,f<,0>=98.8KHz,Q=50.6.該靈敏度比在硅上表面制作壓阻的傳統(tǒng)器件高近一倍.采用普通硅片使用創(chuàng)新的體微機(jī)械工藝實(shí)現(xiàn)了器件的制作.該工藝包含深溝側(cè)壁擴(kuò)散+側(cè)壁絕緣槽,使該器件的制作無(wú)須采用昂貴的SOI硅片,并且具有工藝流程簡(jiǎn)單易控、工

3、藝成品率高、與VLSI工藝兼容以制作CMOS-MEMS等優(yōu)點(diǎn).對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)試.該器件的幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)試,均和理論計(jì)算值吻合得相當(dāng)好,驗(yàn)證了前面的設(shè)計(jì):1.半導(dǎo)體電學(xué)性能測(cè)試成功驗(yàn)證了新工藝的有效性;2.當(dāng)外加自檢驅(qū)動(dòng)交流電壓V<,drive>=-15±10cosω0<,t>(V)頻率等于諧振頻率f<,0>=96.4KHz時(shí),雙梁自檢峰值輸出7.02mV,Q值為74.3;3.10000g沖擊實(shí)驗(yàn),可得器件靈敏度為0.972μV/3.3V/g