本文選題：微加速度計　切入點：硼摻雜　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微加速度計作為微慣性測量組合(MIMU)的核心元件,具有小型化、低能耗、高精度、高集成度等優(yōu)點。本文所研究的叉指式加速度傳感器是各類加速度計產(chǎn)品中的代表,在強(qiáng)勢的市場需求牽引和高新技術(shù)推動下,叉指式加速度計的設(shè)計和研制已經(jīng)成為MEMS領(lǐng)域研究熱點之一。為了提高硅片的電學(xué)性能以及提供腐蝕的高選擇性,微加速度計的加工采用基于濃硼摻雜的自停止腐蝕技術(shù),硼原子代替硅原子的摻雜工藝會產(chǎn)生晶格失配現(xiàn)象,導(dǎo)致表芯結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲現(xiàn)象,梳齒之間的間距和正對面積會產(chǎn)生變化,從而改變微加速度計的檢測電容。此外,深反離子刻蝕(DRIE)工藝的工藝誤差會使折疊梁的實際寬度小于設(shè)計寬度,梁的剛度會發(fā)生改變,從而影響微加速度計的輸出。當(dāng)同時考慮摻雜工藝引起的結(jié)構(gòu)變形以及DRIE刻蝕工藝引起的結(jié)構(gòu)誤差,微加速度計的靜電剛度、靈敏度、零位等性能指標(biāo)的分析將變得更加復(fù)雜。本文主要研究內(nèi)容有:1.建立微加速度計表芯結(jié)構(gòu)的多層等效模型,計算出每一個可動梳齒在敏感方向上的收縮量以及厚度方向的翹曲值。并根據(jù)結(jié)構(gòu)變性特點,推導(dǎo)硼摻雜表芯的電容表達(dá)式以及微加速度計的靈敏度隨摻雜深度的變化趨勢。2.考慮硼摻雜和DRIE工藝誤差的共同作用,建立質(zhì)量塊平移的力學(xué)模型,求出質(zhì)量塊的整體位移并推導(dǎo)出兩種非理想因素共同作用下微加速度計的靜電剛度、靈敏度和零位的解析表達(dá)式。結(jié)果表明:質(zhì)量塊的平移隨折疊梁誤差的增大而增大,當(dāng)梁誤差e最大值為0.3μm時,質(zhì)量塊平移達(dá)到最大值7.93nm。3.利用有限元分析軟件COMSOL MUTIPHYSICS,仿真分析了硼摻雜的微加速度計梳齒電容和靈敏度;隨后建立硼摻雜與梁誤差同時作用的表芯模型,仿真分析差分電容以及靈敏度、零位輸出等性能指標(biāo),同時與理論計算結(jié)果對比。
[Abstract]:As the core component of MIMUU, micro accelerometer has the advantages of miniaturization, low energy consumption, high precision and high integration. The cross finger accelerometer studied in this paper is the representative of all kinds of accelerometers. In order to improve the electrical properties of silicon wafers and provide high selectivity for corrosion, the design and development of cross finger accelerometers have become one of the research hotspots in the field of MEMS due to the strong market demand and high technology. The micro-accelerometer is fabricated by self-stopping etching technology based on concentrated boron doping. The doping process of boron atoms instead of silicon atoms will produce lattice mismatch and lead to the warping of the surface core structure. The distance between carding teeth and the positive area will change, which will change the detection capacitance of the micro-accelerometer. In addition, the error of deep counterion etching technology will cause the actual width of the folded beam to be smaller than the design width, and the stiffness of the beam will change. Therefore, the output of microaccelerometer is affected. The structural distortion caused by doping process and the structural error caused by DRIE etching process, the static stiffness and sensitivity of microaccelerometer are considered. The analysis of zero position and other performance indexes will become more complicated. The main contents of this paper are: 1. To establish a multi-layer equivalent model of micro-accelerometer core structure. The shrinkage of each movable comb in the sensitive direction and the warping value in the thickness direction are calculated. The capacitance expression of boron doped table core and the variation trend of sensitivity of micro-accelerometer with doping depth are derived. Considering the interaction of boron doping and DRIE process error, the mechanical model of mass block translation is established. The integral displacement of mass block is obtained and the analytical expressions of electrostatic stiffness, sensitivity and zero position of micro-accelerometer under the action of two kinds of non-ideal factors are deduced. The results show that the translation of mass block increases with the increase of the error of folding beam. When the beam error e is 0.3 渭 m, the mass block translation reaches the maximum value of 7.93 nm.3.The combing capacitance and sensitivity of boron doped micro-accelerometer are simulated and analyzed by using the finite element analysis software COMSOL MUTIPHYSICSs. Then the core model of boron doping and beam error is established, and the differential capacitance, sensitivity, zero output and other performance indexes are simulated and analyzed, and the results are compared with the theoretical results.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH824.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1571658