电容MEMS传感器是一种非常流行的MEMS结构,具有结构简单、易加工、成本低、低功耗、高灵敏度等优点而得到广泛应用。然而,典型的真空密封式电容MEMS传感器虽说有着较低的温度敏感度和较高的压力敏感度,但是有很大的局限性,比如,真空密封腔必须保持腔体的高真空,真空密封腔腔体与腔室外部电信号的连接传输及气密性问题。与真空密封式电容MEMS传感器相比,气体密封式电容MEMS传感器制造的工艺相对来说更加简单容易。但是由于腔室内是压缩性的气体,因此气体密封式电容MEMS传感器的灵敏度较低,并且腔室内的气体很容易受热膨胀,产生较大的热漂移。因此,本文研究一种新型电容MEMS传感器以减少传感器的热漂移,提高其灵敏度。本文提出了一种应用于振动波检测的双腔接触式电容MEMS传感器,通过器件的双腔和小间隙结构减少气体热膨胀对传感器灵敏度的影响,从而提高传感器的压力感测能力。传感器的上腔室和下腔室压力相同,但上腔室的体积远大于下腔室体积,由于流体的滞留效应,当上腔室的振动膜向下弯曲时,腔室内的流体向下走,导致下腔室的隔膜振动幅度有放大的效果,以此来提高传感器的灵敏度。此外,当上极板与下极板接触时会提高电容的变化量,且对超量程负载起到了保护器件的作用。首先设计了双腔接触式电容MEMS传感器的结构,分析了其工作原理,通过理论公式推导分析电容传感器的电容变化量及灵敏度与传感器的隔膜挠度的关系。然后,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对传感器的电容极板结构建立二维模型,然后进行仿真分析,验证上下两极板接触时,介电常数改变对电容变化量的影响与理论解析结果一致。接着,对传感器的隔膜结构建立三维模型,通过对隔膜的杨氏模量、尺寸等参数进行仿真,为实验制备、测量奠定了理论基础,并验证了设计的传感器模型的可行性。最后,规划了双腔接触式电容MEMS传感器的加工工艺步骤,即光刻、刻蚀、键合与磁控溅射等工艺流程,并且制作了该传感器模型,对其通过阻抗分析仪和压力计进行实验测试及数据处理。第一,制作不同的上腔室直径的传感器模型进行对比实验,分析结果表明,双腔结构减少了气体的热膨胀和腔内压力的影响,并增强了传感器的压力感应能力,随着上腔室直径的增大,传感器的电容变化量也随之增大,隔膜与下极板之间的接触所需压力随之减小,介电常数发生变化,提高了双腔接触式电容MEMS传感器的电容变化量。实验结果表明,在0.3-0.7 N的工作范围内,电容传感器的灵敏度为1003210.27 ppm/kPa,且上下极板接触保护器件在恶劣环境中的超量程负载不被损坏。第二,将本文设计的传感器与传统的气封式电容压力传感器作对比,本文设计的传感器的灵敏度明显高于传统的气封式电容压力传感器的灵敏度。第三,制作隔膜分别为褶皱结构和无褶皱结构进行对比实验,实验结果表明,褶皱的隔膜更有利于检测微小的信号。第四,对该传感器通过正向加压和反向减压进行迟滞误差测试,该传感器的最大迟滞误差为0.15 pF。第五,将本文提出的电容传感器的灵敏度与已有工作涉及的传感器的灵敏度进行对比,该电容传感器灵敏度较高。