本文關(guān)鍵詞：梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)加工工藝研究

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【摘要】：硅微機(jī)械加速度計(jì)是一種重要的力學(xué)傳感器,是最早研究的微機(jī)械慣性傳感器之一,因?yàn)槠湟子谛⌒突⒐璨牧狭己玫臋C(jī)械性能、硅微加工工藝成熟、便于和IC集成等特點(diǎn),在航空導(dǎo)航、軍用武器等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。本論文以量程為±15g、加速度等價(jià)機(jī)械熱噪聲小于10μg/√Hz的加速度計(jì)為目標(biāo),基于梳齒電容檢測和靜電反饋的原理,運(yùn)用反應(yīng)離子深刻蝕技術(shù)制作微機(jī)械結(jié)構(gòu),對MEMS加速度計(jì)的設(shè)計(jì)和加工工藝進(jìn)行了初步的探索性研究。本文在對MEMS加速度計(jì)發(fā)展背景和國內(nèi)外動態(tài)調(diào)研的基礎(chǔ)上,分析了傳統(tǒng)慣性傳感力學(xué)模型以及變間距電容傳感模型,針對課題目標(biāo)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模型建立,研究了包括振子結(jié)構(gòu)本征頻率、敏感軸與非敏感軸方向頻率比值、系統(tǒng)機(jī)械熱噪聲、工作頻帶和線性度等開、閉環(huán)工作模式下系統(tǒng)各項(xiàng)性能參數(shù),提出了加速度計(jì)的具體設(shè)計(jì)方案。然后利用有限元軟件ANSYS對已建立的彈簧-振子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析。理論計(jì)算和仿真建模得到的模態(tài)分析結(jié)果均可驗(yàn)證系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的可靠性。工藝制作方面,本論文進(jìn)行了梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)加工工藝的探索性研究,提出了以SOI(Silicon On Insulator)硅片為基底的整體結(jié)構(gòu)加工工藝流程,重點(diǎn)介紹了SOI硅片器件層深刻蝕后的釋放工藝,探索了多種不同的釋放方法,并對結(jié)果進(jìn)行了分析比較,最終采用干法釋放方式成功實(shí)現(xiàn)了敏感質(zhì)量塊和活動梳齒的懸空。對于加工出的加速度表頭模塊,我們結(jié)合電路進(jìn)行了本征頻率及Q值測試,測得共振頻率為384.5Hz,Q值為104.5,由此推知整個加速度計(jì)表頭的加速度等價(jià)機(jī)械熱噪聲為7.4×10-7g/√Hz,遠(yuǎn)低于我們的設(shè)計(jì)要求10-5g/√Hz。經(jīng)過標(biāo)定,加速度表頭在開環(huán)狀態(tài)下能夠以127.4m V/g的靈敏度對外界加速度進(jìn)行響應(yīng),實(shí)現(xiàn)了加速度的開環(huán)測量功能。該結(jié)構(gòu)的加工效果與設(shè)計(jì)目標(biāo)一致,預(yù)期在閉環(huán)模式工作時(shí)能夠達(dá)到15g的加速度檢測量程。本文工作為最終實(shí)現(xiàn)量程為±15g、熱噪聲小于10μg/√Hz、工作在靜電閉環(huán)反饋模式的加速度計(jì)表頭奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：梳齒式微機(jī)械加速度計(jì) 變間距電容位移傳感 ICP刻蝕 干法釋放
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 課題研究主要內(nèi)容10-12
• 第二章 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)基本原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12-27
• 2.1 加速度計(jì)基本原理12-13
• 2.2 梳齒電容式加速度計(jì)原理13-15
• 2.3 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)表頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-24
• 2.4 梳齒電容式微機(jī)械加速度計(jì)靜電反饋分析24-25
• 2.5 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)表頭加工工藝研究27-47
• 3.1 光刻工藝28-32
• 3.2 深硅刻蝕(ICP)工藝32-38
• 3.3 結(jié)構(gòu)釋放工藝38-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)測試47-54
• 4.1 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)頻率SEM測試47-48
• 4.2 梳齒式微機(jī)械加速度計(jì)電路測試48-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 總結(jié)54-55
• 5.2 展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 附錄1 標(biāo)準(zhǔn)工藝流程參數(shù)61-62
• 附錄2 碩士期間完成的論文62

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 李華;石庚辰;;MEMS平面微彈簧剛度分析[J];壓電與聲光;2007年02期

2 何光;石庚辰;;MEMS彈簧特性的有限元分析[J];微計(jì)算機(jī)信息;2006年35期

3 海濤,劉光輝,周真,盧為;SOI傳感器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];傳感器技術(shù);2003年05期

4 劉云峰 ,董景新 ,曹志錦;關(guān)于微硅機(jī)械加速度計(jì)表頭設(shè)計(jì)的幾個問題[J];測控技術(shù);2002年12期

5 秦君華,董景新;一種叉齒式微硅加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與分析[J];宇航學(xué)報(bào);2002年01期

6 高鐘毓,趙長德,張嶸,董景新;微機(jī)械加速度計(jì)的研究[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年11期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉宗林;電容式微慣性器件設(shè)計(jì)理論與方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

2 董林璽;微機(jī)械電容式傳感器及其相關(guān)特性研究[D];浙江大學(xué);2004年

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本文編號：695321