【摘 要】
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微型加速度计具有体积小、重量轻、功耗和成本低、易集成、可批量生产等优点,不仅成为微惯性测量组合的核心元件,也广泛应用到车辆控制、高速铁路、工业自动化等民用领域。其中谐振式加速度计输出的频率信号不受电路噪声影响,抗干扰能力强,在传输过程中不易产生失真,无需A/D转换即可与数字系统接口,是加速度计发展的重要方向之一。本文研究了一种基于掩膜—无掩膜腐蚀工艺制作的双股叉型梁谐振器的微加速度计。该加速度计由
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微型加速度计具有体积小、重量轻、功耗和成本低、易集成、可批量生产等优点,不仅成为微惯性测量组合的核心元件,也广泛应用到车辆控制、高速铁路、工业自动化等民用领域。其中谐振式加速度计输出的频率信号不受电路噪声影响,抗干扰能力强,在传输过程中不易产生失真,无需A/D转换即可与数字系统接口,是加速度计发展的重要方向之一。本文研究了一种基于掩膜—无掩膜腐蚀工艺制作的双股叉型梁谐振器的微加速度计。该加速度计由质量块、双股叉谐振梁、支撑梁和框架组成。全硅片厚度质量块的重心位于四根蟹腿型支撑梁的中性面内。质量块受到加速度后产生的惯性力使谐振梁轴向拉伸或者压缩,从而引起谐振频率变化,检测谐振频率的变化量获得加速度的大小。相对于双端固支谐振梁,双股叉谐振梁可将轴向的刚性拉伸/压缩变形转换成股叉处的弯曲变形,减小了谐振梁的面内弹性刚度和交叉轴灵敏度。有限元仿真结果表明:所设计的双股叉梁谐振式加速度计的面内检测灵敏度SXX=21.585Hz/g,SYY=11.273Hz/g,交叉轴灵敏度CXY=0.097%,CYX=0.816%。论文重点研究了双股叉型梁谐振式微加速度计制作的关键工艺,包括背面带有深坑的晶圆喷胶光刻技术,粘附层材料的选择及器件释放后PECVD SixNy腐蚀保护薄膜的去除工艺。为了实现腐蚀过程中谐振梁厚度的精确控制,论文提出一种谐振梁厚度在线检测技术,通过测量台阶仪探针作用下多层谐振梁的挠度,反推谐振梁厚度,通过实验验证了这种方法的可行性,最终成功研制出这种新型加速度计。
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