基于多晶硅纳米膜的角速度敏感结构设计

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1、分类号：ＴＰ２１２密级：公开ＵＤＣ：单位代妈；１０１４２巧保３寺火葛硕去学位论文基于多晶桂纳米膜的角速度敏感结构设计瞧■＞．学号：２０１３４３８作者：聖ｇ学位类别：工程硕古领域：电子与通信工程论文类型：研巧论文２０１６年０２月巧日翁’沈阳工业大学硕士学位论文基于多晶硅纳米膜的角速度敏感结构设计Theresearchofmicromachinedgyroscopebasedonpolysiliconnanofilms作者：衣畅单位：

2、信息科学与工程学院指导教师：揣荣岩教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2016年2月27日学位授予单位：沈阳工业大学独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得一沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。＾险签名＝；旅中去日期关于学位

3、论文使用授权的说明本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权沈阳工业大学可、将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索交流，可Ｗ采用影印。、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文（保密的论文在解密后应遵循此规定）巧＾如；日期；签名导师签名；躬气沈阳工业大学硕士学位论文摘要微机械角速度敏感结构是微电子机械系统领域的重要惯性器件，通过分析对比国内外角速度传感器的工

4、作原理和结构特性，选择回折型正交梁结构，设计了基于多晶硅纳米膜的角速度敏感结构。并针对消费电子领域，对器件的一系列指标参数进行了设定。首先，确定了以静电驱动为原理的梳齿驱动模式，经动力学分析得出检测频率、驱动频率、与灵敏度、工作带宽之间的关系。并利用多晶硅纳米膜应变因子高、电阻温度系数小等特点，设计了多晶硅纳米膜为材料的敏感电阻，通过计算确定了21μm×30μm（长×宽）的应变电阻尺寸。其次，利用有限元仿真分析对角速度敏感结构进行了建模及优化，并结合微电子工艺要求给出最终器件尺寸。经模态分析，得到十个阶态下的振型、固有频率，其中

5、驱动模态频率为4536Hz，检测模态频率为4385Hz，其工作带宽为86Hz；过载能力分析仿真中，得到器件驱动方向过载能力为695g，检测方向抗冲击能力为890g；路径分析中得到了检测梁两端所受应变最大的位置，使应变电阻分别置于检测梁根部20μm，质量块端19μm处，获得了较大的灵敏度；结合驱动方向和检测方向的阻尼分析得到了驱动方向和检测方向的品质因子分别为3035、606；最后，通过哥氏效应仿真，得到器件在-500°/s~500°/s的正常工作量程状态下的满量程输出电压为55mV，灵敏度为111μV/°/s，并得出可测的的最大

6、角速度范围为-1250°/s~1250°/s。本文对基于多晶硅纳米膜的角速度敏感结构进行了探索性的设计，结构尺寸的设置使各类性能参数达到了预期设计指标。此外，文章基于常规MEMS体硅工艺及表面微机械加工技术，给出了角速度敏感结构的工艺流程，为以后的版图设计及工艺制造提供了一定的理论依据。关键词：多晶硅纳米膜，角速度敏感结构，仿真分析，灵敏度I沈阳工业大学硕士学位论文AbstractThemicro-machinedgyroscopeisanimportantinertialdeviceinfieldofmicroelectron

7、icsmechanicalsystems.Byanalyzingtheworkingprincipleandthestructuralcharacteristicofthegyroscopeathomeandabroad,thispaperchoosesthefold-typeorthogonalbeamanddesignsthemicro-machinedgyroscopebasedonpolysiliconnanofilms.Andaimingatconsumerelectronicfield,thepapersetsupa

8、seriesofparametersofthegyroscope.Firstly,thepaperdeterminesthecombdrivemodeundertheprincipleoftheelectrostaticdrive,analyzestherela