基于SOI技術(shù)的MEMS慣性加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)，Micro Electro Mechanical System)慣性加速度計(jì)是微慣性測(cè)量組合(MIMU，Micro Inertial Measurement Unit)的關(guān)鍵部件，在許多相關(guān)領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，在微系統(tǒng)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，微慣性加速度計(jì)已成為大家研究和分析的熱點(diǎn)，采用SOI(絕緣襯底上的硅)技術(shù)的MEMS慣性加速度計(jì)不但具有較好的硅機(jī)械特性，而且使CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半

2、導(dǎo)體，Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝與MEMS加工工藝能夠兼容，為加速度計(jì)表頭與CMOS單片的集成提供了可能，實(shí)現(xiàn)了慣性器件微型化、可集成化、易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文以電容式微加速度計(jì)為研究對(duì)象，進(jìn)行基于SOI技術(shù)的微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模仿真、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、器件加工工藝技術(shù)等內(nèi)容的研究。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外MEMS慣性加速度計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)加工工藝條件，對(duì)不同類(lèi)型MEMS加速

3、度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，提出了一個(gè)性能最優(yōu)的基于SOI技術(shù)的梳齒狀電容式微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)；基于硅微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則，進(jìn)行梳齒狀微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模型建立，對(duì)其力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)電容和動(dòng)態(tài)特性等主要參數(shù)進(jìn)行理論公式推導(dǎo)和分析，指出影響器件分辨率、靈敏度、機(jī)械熱噪聲等性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)其U型彈性梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)；利用MEMS專(zhuān)用軟件CoventorWare進(jìn)行微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)特性系統(tǒng)級(jí)建模和仿真分析，其中包括靜力分析、模態(tài)分析和彈性

4、梁頻響特性分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化；然后建立電容式加速度計(jì)表頭力學(xué)特性和差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)的等效電學(xué)模型，利用PSPICE軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性和正確性。
　　 最后根據(jù)梳齒狀微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)提出了以SiO2為中間層的SOI鍵合-減薄制作加工技術(shù)，給出了具體加工工藝流程，然后基于SOI結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)了微加速度計(jì)器件的加工工藝。同時(shí)，提出了一種金屬離子吸附薄膜工藝技術(shù)，來(lái)克服器件刻蝕過(guò)程中的底切和No