基于MEMS加工技術(shù)的微半球諧振陀螺在吸收了傳統(tǒng)半球陀螺全角測量優(yōu)勢的同時(shí)具有體積小、質(zhì)量輕、成本低以及適合批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)。在使用犧牲層法來制備微半球殼層結(jié)構(gòu)的過程中,如何在單晶硅上制作一個(gè)表面光滑的、結(jié)構(gòu)整體對稱性高的半球型模具對于半球諧振子的性能有決定性的影響。而采用傳統(tǒng)HNA溶液腐蝕工藝會(huì)使得半球諧子的縱向?qū)ΨQ性較差,進(jìn)而導(dǎo)致半球諧振陀螺抗水平和垂直加速度的綜合性能較差。因此,為了實(shí)現(xiàn)三維對稱半球諧振陀螺儀的制作,迫切需要開展針對使用HNA腐蝕溶液制作微半球陀螺諧振器模具的過程中加快縱向腐蝕速率及實(shí)現(xiàn)半球諧振子三維對稱的研究。基于以上研究目的,本文的主要研究工作和結(jié)論如下如下:（1）針對傳統(tǒng)HNA溶液腐蝕法難以實(shí)現(xiàn)半球諧振子模具三維對稱的難題,提出了使用熱氧化工藝生長的二氧化硅材料作為掩膜層的方法,以達(dá)到在在使用HNA溶液制作微半球諧振子模具的過程中加快縱向腐蝕速率及實(shí)現(xiàn)半球模具三維對稱的目的。并針對該方法,設(shè)計(jì)和實(shí)施了較大腐蝕窗半徑和較小腐蝕窗半徑下的單晶硅腐蝕形貌演化規(guī)律的探究實(shí)驗(yàn)。（2）總結(jié)和分析了 HNA溶液腐蝕較大腐蝕窗半徑以及較小腐蝕窗半徑下單晶硅樣品的形貌演化規(guī)律... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１半球諧振陀螺儀工作原理圖１１１??半球諧振陀螺儀中的半球諧振子通常采用低熱膨脹系數(shù)高品質(zhì)因子的材料來制造，??

?ＭＥＭＳ半球諧振陀螺儀三維對稱諧振子工藝研究???動(dòng)陀螺儀。在理想的條件下，當(dāng)陀螺處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，唇緣駐波的波腹與波節(jié)點(diǎn)將固定??于諧振子唇緣的某一位置。而當(dāng)諧振子以一定的角速度繞垂直于諧振子振動(dòng)平面的某一??軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，科里奧利加速度將會(huì)使得振形發(fā)生改變，即在沿諧振子水平直徑方向的驅(qū)??動(dòng)力上附加了一個(gè)切向力，于是引起振動(dòng)波形與諧振子的相對位置發(fā)生改變。振動(dòng)波形??的偏轉(zhuǎn)方向與基座的旋轉(zhuǎn)方向相反，振動(dòng)波形的位移速率與輸入的旋轉(zhuǎn)速率成正比，且??該比例系數(shù)為一個(gè)常數(shù)，只與諧振子的形貌參數(shù)和材料性質(zhì)有關(guān)，與輸入的角速率大小??無關(guān)［５］。??ｉｌｌ?＊，?ｊ＂?外??舊寥??外ｖｔ??圖１．１半球諧振陀螺儀工作原理圖１１１??半球諧振陀螺儀中的半球諧振子通常采用低熱膨脹系數(shù)高品質(zhì)因子的材料來制造，??因此使得其具有極高的尺寸以及振動(dòng)穩(wěn)定性，而其半球形的結(jié)構(gòu)使得振動(dòng)部分具有極小??的約束力，靜電力的控制方式對半球諧振子振動(dòng)的穩(wěn)定性影響也較小，因此使得半球諧??振陀螺儀具有可靠性高以及使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，并且可以在角速度模式（ＲＣ）或角速??度積分模式模式下（ＲＩＣ，又稱全角度模式）工作。典型的半球諧振陀螺儀主要由三部??分組成，分別是：力發(fā)生器，半球諧振子以及檢測部［５＿８］，??ｊ?—?１?０＇１＇４??＾??＾??圖１．２半球諧振陀螺儀結(jié)構(gòu)圖１５１??２??

?ＭＥＭＳ半球諧振陀螺儀三維對稱諧振子工藝研究???”?ｉ??Ｉ??圖１．３密歇根大學(xué)微玻璃吹制法制作的半球諧振陀螺儀結(jié)構(gòu)圖和電鏡圖１１２１??加州大學(xué)Ｉｒｖｉｎｅ分校采用硼娃玻璃材料作為微半球殼層材料，將微半球殼體與電極、??基座一體集成制作。在惰性氣體氛圍下，作為殼體材料的硼硅玻璃與刻蝕有環(huán)形槽的硅??基地陽極進(jìn)行鍵合，再圖形化刻蝕硼硅玻璃，然后放入加熱裝置加熱的同時(shí)抽真空，當(dāng)??溫度高于玻璃軟化點(diǎn)時(shí)，封閉槽內(nèi)的氣體發(fā)生膨脹迫使玻璃材料發(fā)生形變形成半球狀，??刻蝕球殼邊緣下方的硅材料對球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行釋放，最終通過表面濺射電極圖形形成完整??結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)采用此工藝在同一基片上制作了?７種直徑為１？４．５ｍｍ的半球諧振子，以??４．２ｍｍ直徑的半球諧振子為例，其Ｑ值為４０００［１６１［１７］。??Ｃｃｎｌｒａｉ?ｐｏｕｔ?Ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ??…ＩＰ＇Ｔ?ｒ－｜?—「ｎＵＳＳＨｉ??圖１．４加州大學(xué)Ｉｒｖｉｎｅ分校微玻璃吹制法制作的半球諧振陀螺儀結(jié)構(gòu)圖和電鏡圖１１７１??耶魯大學(xué)選擇了軟化溫度較低的Ｐｔ－ＢＭＧ金屬玻璃來作為半球諧振子材料ｎ８］，其吹??制的溫度低至２７５攝氏度。該團(tuán)隊(duì)在襯底加工出半球形槽體，沉積電極并圖形化處理，??再將經(jīng)過表面處理的金屬玻璃薄片與沉底層疊并加熱至２７５攝氏度，使用０．６９ＭＰａ高純??度氮?dú)鈱饘俨Ａ媳砻孢B續(xù)吹１２０ｓ，將其冷卻后，由于襯底與金屬玻璃之間的熱膨脹??系數(shù)差異使得二者之間會(huì)產(chǎn)生約的電容間隙，通過測試得到的該半球陀螺的工作??模態(tài)為?９．４６１ｋＨｚ?和?９．４８３ｋＨｚ，頻率裂解微?２２Ｈｚ，Ｑ?值為?５４００?和?５３００［１９］。．??４?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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