壓電微加速度計因其突出的動態(tài)性能與響應(yīng)速度成為國內(nèi)外研究人員關(guān)注的熱點課題,經(jīng)過近四十年的研究,使其無論在器件的結(jié)構(gòu)、微加工工藝還是功能材料的制備等方面都取得了許多突破性進展。本文主要是針對當(dāng)前壓電微加速度計在測量靈敏度方面還存在一定的提高空間,但又受制于PZT壓電薄膜厚度難以達到設(shè)計要求的問題,提出了一種基于d33模式的壓電微加速度計。通過全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使得壓電薄膜的極化與形變方向均為水平方向,減小壓電薄膜的厚度對壓電微加速度計靈敏度的影響,進而輸出較大的電壓信號。在提高壓電微加速度計的電壓靈敏度的同時保證其固有頻率基本不受影響,增加了壓電微加速度計的實用性。本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點包括以下幾個方面:1、分析和比較了兩種不同的壓電換能模式之間的區(qū)別,分析得出采用d33模式的優(yōu)越性。2、通過理論分析和有限元仿真得出了壓電微加速度計的特征尺寸對壓電加速度計性能的影響,確定了壓電加速度計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。3、通過對d33模式壓電加速度計結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究,得出了整個器件微加工的工藝流程并依據(jù)加工方案,對整個加工流程中的主要工藝步驟進行了探索。4、為了進一步提高壓電微加速度計的實用性,提出并設(shè)計了一種... 

【文章來源】：廈門大學(xué)福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１壓電效應(yīng)??

正是基于ＺｎＯ薄膜材料的壓電效應(yīng)而研制的。??通過濕法體硅微加工工藝，運用各向異性腐蝕的方法在體硅基體上腐蝕出一??個Ｖ形槽釋放懸臂梁，懸臂梁上通過溉射法沉積ＺｎＯ薄膜，如圖２所示。加速??度計的設(shè)計量程為±１０００ｇ，靈敏度為０．０４７ｍＶ／ｇ，且在０－５０ｇ的范圍內(nèi)，加速度??計的非線性度僅為０．２％。??５５；－１＇??■?圓??圖２?Ｖ型槽加速度計??１９８２年，羅克韋爾國際科學(xué)中心的Ｍｏｔａｍｅｄｉ等人［５］第一次通過數(shù)學(xué)建模的??方法推導(dǎo)得到了懸臂梁式加速度計的輸出電壓、最小諧振頻率以及梁上的應(yīng)力分??布與加速度計結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系。Ｍｏｔａｍｅｄｉ等人設(shè)計的加速計結(jié)構(gòu)上類似于??６??

梁上沉積了?１．７｜ｉｍ的ＺｎＯ薄膜。??１９９７年加州大學(xué)伯克利分校的ＤｅＶｏｅ等人ｔ２１，２２味用完全表面微加工工藝，??研發(fā)了以ＺｎＯ薄膜為壓電材料的一種單軸壓電式微加速度計，如圖３所示，力口??速度計的靈敏度為〇．９５ｆＣ／ｇ，諧振頻率為３．３ＫＨＺ。其中ＺｎＯ薄膜的厚度為０．５ｐｍ，??通過ＬＰＣＶＤ的方法在體娃基底上沉積了?２．〇ｎｍ厚的憐摻雜多晶娃（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ－??ｄｏｐｅｄ?ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）作為懸臂梁，使用磷娃玻璃（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ?ｇｌａｓｓ）作為犧牲層釋??放懸臂梁。使用完全表面微加工可以避免體硅加工中需要雙面對準(zhǔn)、鈍化困難的??工藝難度；同時體硅加工需要考慮腐蝕硅基底而預(yù)留較大區(qū)域，從而使得芯片面??積相對表面加工較大。??Ｐｔ￣＼?ｊ￣?ＺｎＯ??戶兩美ｎ，，?？?１??＾Ｐ－ｄｏｐｅｄ?ｐｏｉｙＳｉ－＾?ｂｕｌｋ?Ｓｉ?ｖ－Ｓｉ〇２／Ｓｔ３Ｎ４?＼??＿???—＾————＿／??圖３氧化鋅薄膜壓電加速度計??２００２年英特爾公司的Ｌｉ－ＰｅｎｇＷａｎｇ等人１２３’２４１使用ＰＺＴ材料研制了一種環(huán)形??結(jié)構(gòu)的壓電加速度計，如圖４所示，使用溶膠凝膠法（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）在環(huán)形電極間涂覆??５．６叫１的ＰＺＴ厚膜，并通過內(nèi)外環(huán)形電極將ＰＺＴ材料沿軸向方向極化。相比于??ＺｎＯ材料，ＰＺＴ材料具有更大的壓電耦合系數(shù)，且壓電耦合系數(shù)隨著薄膜的厚度??增加而增加

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低噪聲壓電電荷放大器的設(shè)計與實驗研究[J]. 孫穎奇,李保慶,馬劍強,張?zhí)炖?褚家如.  壓電與聲光. 2013(06)
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博士論文
[1]基于壓電厚膜的MEMS振動能量采集器研究[D]. 唐剛.上海交通大學(xué) 2013
[2]摻雜PZT薄膜的制備及微結(jié)構(gòu)與鐵電性能研究[D]. 孫秋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007
[3]基于雙壓電PZT薄膜單元的懸臂梁式微力傳感器研究[D]. 劉夢偉.大連理工大學(xué) 2006

碩士論文
[1]組分梯度變化PZ-PT-PZN陶瓷的制備及性能研究[D]. 余洪鈾.浙江工業(yè)大學(xué) 2016
[2]壓電加速度傳感器測量電路的研究與開發(fā)[D]. 陶玉貴.安徽大學(xué) 2007
[3]壓電陶瓷（PZT）特性的分析及實驗測試[D]. 劉欣.昆明理工大學(xué) 2007



本文編號：3524497