加速度计是惯性测量系统的核心部件之一,在地质勘查、矿产与油气田资源勘探、重力辅助导航等领域有广泛的应用,这些应用对加速度计的噪声水平、动态范围提出了很高的要求。硅材料具有结构稳定、Q值高等优点,是制作高精度加速度的理想材料之一,但常规MEMS加速度计追求质量、体积小型化,因此机械热噪声大,应用范围一般为低精度领域；传统的挠性结构加速度计技术成熟,应用领域广。本论文将硅基材料的稳定性与挠性加速度计技术成熟的优点结合,以地球重力场精密测量为应用目标,研发量程大于1g,分辨率达到ng水平的硅基挠性加速度计。首先对硅基挠性加速度计的表头结构进行优化设计。为增大检验质量,采用大深宽比的深硅刻蚀；为了降低固有频率,引入了串联弹簧设计；为了增大非敏感方向刚度,引入框架结构；为了减小弹簧和框架对结构量程的影响,进行了弹簧间隙不等宽度设计；为了提高结构过载能力,引入过载保护设计。通过仿真分析,弹簧-振子结构固有频率约为15Hz,大气下机械热噪声约为1ng/VHz,量程为±2.4g。为了提高电容位移检测动态范围,进行了阵列电容极板和单电容极板组合输出设计,阵列电容极板设计灵敏度62pF/g,实现小测量范围内高精度测量,左右阵列极板交替输出避开输出拐点;单电容极板设计灵敏度0.45pF/g,实现整个测量范围内的粗测量,阵列电容极板和单电容极板组合输出达到增大测量动态范围的目的,最后进行了磁力反馈设计。接着对加速度计表头加工工艺进行摸索。为了实现电容极板组合输出、磁力反馈控制、密封封装等功能,加速度计的结构由三个金属层、两个绝缘层和一个体硅结构组成,其加工过程包含125个串联的工艺步骤骤。首先针对光刻、镀膜、深硅刻蚀等单层工艺进行研究,再对串联加工时出现的工艺稳定性、兼容性问题进行研究和优化,针对PSPI稳定性问题设计了梯度升温退火工艺；针对剥离残余物问题引入了双层胶剥离工艺;针对深硅刻蚀残余物问题设计了与PSPI兼容地氧灰化、有机清洗组合工艺；针对Si02稳定性、导通性问题设计了Cr保护、检测层等,最终成功实现了硅基挠性加速度计表头的加工。最后对加速度计进行测试,并对测试结果中暴露的问题进行研究和优化。为测试加速度计,制作了高精度电容位移检测电路、设计装夹夹具、搭建测试平台。通过光学、电学、倾斜法标定等测试验证了加速度计能正常工作,但阵列电容极板标定灵敏度低于设计值约两个量级,单电容极板输出线性度很差。通过对加速度计阵列电容传感进行原理研究、仿真分析和实验验证,确定了极板间距、寄生电容、电容边缘效应三个影响灵敏度的因素,提出了利用较厚的PSPI做介质减小寄生电容、设计加速度计倒置工作模式减小极板间距和电容边缘效应的结构、工艺改进方案。改进的硅基挠性加速度计阵列电容极板测试灵敏度达到55pF/g,单电容极板灵敏度0.4pF/g,与设计值在误差范围内吻合。通过实验测试,开环加速度计的静态本底噪声为86ng/VHz@0.1 Hz,25ng/VHz@1Hz。通过振动台测试,加速度计量程为±1.4g。同时对单电容极板输出线性度问题进行优化,并实现硅基挠性加速度计反馈控制功能。本课题完成了高精度大动态范围硅基挠性加速度计结构设计、工艺研究、加工测试,灵敏度优化,初步实现高精度大动态范围的加速度检测目标。