高精度电容式MEMS传感器的关键问题研究

来源 :杭州电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:brianwang1982
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高精度电容式MEMS传感器具有体积微小、精度高、功耗低、可非接触式测量等优点,使其在机械量的精密测量方面较传统传感器有更多的优势,而且正逐步进入到成分含量测量领域,例如压力、液位等的测量。论文主要针对高精度电容式MEMS传感器的若干关键问题展开分析,并设计出一种新型的器件结构。  论文首先对电容式传感器的基本原理、动态模型和基本结构进行了阐述,并且分析了影响测量分辨率的噪声来源。接着简要分析电容式传感器的自标定原理。其次,为了得出综合性能最佳的电容极板结构,对四种不同的极板结构模型进行理论仿真分析,表明凹槽型极板结构性能最适合。其中,为了克服深度离子刻蚀工艺对深宽比的限制以及降低噪声,采用静电驱动方法和在极板上刻蚀凹槽的方式来增大静态初始检测电容与减小电容间隙,并且分析了凹槽中的空气阻尼。优化并改善了器件结构,降低系统噪声,提升了系统精度和稳定性。  论文在以上理论基础与结论上,提出一种新型的MEMS电容式传感器结构模型,同时利用有限元仿真软件进行分析。利用仿真软件分析研究干扰器件性能的主要因素,并针对此做了结构上的优化;同时也仿真分析了传感器的模态和灵敏度特性,并总结新型器件在Y方向上的敏感特性;对器件中驱动器进行模态分析和倾斜效应分析,结果表明驱动器在加速度作用下均不会对器件惯性信号检测造成影响。  最后论文绘制了MEMS微器件版图绘制并设计了加工工艺,介绍了新型传感器的内部结构与电容检测结构剖视图的初步制作结果,验证了所设计新型结构的正确性。最后,文中提出了该类型传感器的结构检测电路,对各个子电路进行理论研究、模拟验证和优化改善,以及绘制PCB线路板,做实物测试,实验结果证明了该电路的实用性。
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