MEMS半球谐振陀螺仪三维对称谐振子工艺研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dna_cc
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基于MEMS加工技术的微半球谐振陀螺在吸收了传统半球陀螺全角测量优势的同时具有体积小、质量轻、成本低以及适合批量化生产的特点。在使用牺牲层法来制备微半球壳层结构的过程中,如何在单晶硅上制作一个表面光滑的、结构整体对称性高的半球型模具对于半球谐振子的性能有决定性的影响。而采用传统HNA溶液腐蚀工艺会使得半球谐子的纵向对称性较差,进而导致半球谐振陀螺抗水平和垂直加速度的综合性能较差。因此,为了实现三维对称半球谐振陀螺仪的制作,迫切需要开展针对使用HNA腐蚀溶液制作微半球陀螺谐振器模具的过程中加快纵向腐蚀速率及实现半球谐振子三维对称的研究。基于以上研究目的,本文的主要研究工作和结论如下如下:(1)针对传统HNA溶液腐蚀法难以实现半球谐振子模具三维对称的难题,提出了使用热氧化工艺生长的二氧化硅材料作为掩膜层的方法,以达到在在使用HNA溶液制作微半球谐振子模具的过程中加快纵向腐蚀速率及实现半球模具三维对称的目的。并针对该方法,设计和实施了较大腐蚀窗半径和较小腐蚀窗半径下的单晶硅腐蚀形貌演化规律的探究实验。(2)总结和分析了 HNA溶液腐蚀较大腐蚀窗半径以及较小腐蚀窗半径下单晶硅样品的形貌演化规律。分别针对较大腐蚀窗半径和较小腐蚀窗半径下的腐蚀形貌特点,提出了相应的形貌测量方法,随后通过对实验数据的总结,详细分析了大腐蚀窗半径样品环形底部现象的演化规律以及小腐蚀窗半径样品纵向/侧向腐蚀深度和纵向/侧向腐蚀速率同腐蚀窗半径和腐蚀时间的关系。(3)基于HNA溶液腐蚀单晶硅的形貌演化规律,提出了完整的三维对称半球谐振子制作方案,并对实际工艺过程中的一些技术难点进行了优化,然后,针对半球谐振子模具的三维对称性和表面光滑度等关键参数进行了测量,并获得了半球谐振子模具的垂直方向半径偏差、半球面整体半径标准差等指标,进而,通过对半球谐振子制作和释放工艺的优化,完成了三维对称半球谐振子的制作。
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