硅基电容式三轴加速度传感器研究

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1、合肥工业大学硕士学位论文硅基电容式三轴加速度传感器研究姓名：王守明申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：许高斌20100401硅基电容式三轴加速度传感器研究摘要与传统加速度计相比，微机械加速度计具有成本低、体积小、重量轻等优点，因而有着广泛的应用前景。本论文工作是针对一种新型三轴电容式加速度计进行研究，包括器件结构的原理、工艺制作等。论文首先介绍了加速度计的基本工作原理、动力学方程，并对其频率特性进行分析。通过对空气阻尼分析可知，在通常的微机械加速度计结构中压膜阻尼的阻尼系数要比滑膜阻尼的大得多，为了提高分辨率和线性度，设计了一种变间隙梳齿状电容式加速度

2、计。在此基础上，对各轴之间的交叉耦合进行了分析，理论上解决了多轴加速度计的横向干扰问题。使用ANSYS软件对加速度计结构进行了仿真，包括静态分析、模态分析和抗冲击分析。设计的三轴电容式加速度计施加509时，引起X、Y、Z轴向微位移和灵敏度分别为O．42um、0．4061am、O．28um和11．2pF／g、10．8pF／g、6pF／g；并通过仿真验证该加速度计能够抗50009冲击。论文阐述了主要微纳加工技术，根据设计的结构，着重研究了该梳齿电容式加速度计的体硅加工工艺流程，对加工过程中涉及到的硅各向异性腐蚀、硅．玻璃阳极键合技术以及深反应离子刻蚀技术等也进行了分析研究，

3、给出了该加速度计加工制备工艺中可能出现的关键技术问题。关键词：MEMS；电容式加速度计；梳齿：体硅加工技术IIIResearchofTri-·AxisSiliconCapacitiveAccelerationSensorAbstractComparedwiththetraditionalaccelerometers，Micro·machinedaccelerometershaveavarietyofapplicationsinmanyfieldsduetotheirlowcost，smallsizeandlightweight．Thepresentthesisiscon

4、cernedabouttheinvestigationofanovelmicro·-machinedtri·-axiscapacitiveaccelerometer,includingtheoperatingprinciple，design，fabricationprocess．Thefundamentalworkingprinciples，thekineticequationandthefrequencycharacteristicofaccelerometerareanalyzedatfirst．Throughtheanalysisontheairdamping，t

5、hedampingfactorofsqueezedfilmdampingisfoundtobemuchhigherthanthatofslide·-filmdampinginthecommonmicro··machinedaccelerometer．Inordertoincreasetheresolutionandlinearity,theauthordesignedavariablegapcomb-shapedcapacitiveaccelerometer．Accordingly,thecross—couplingbetweenthevariousaxeswerean

6、alyzedtosolvethehorizontalinterferenceforthemulti-axisaccelerometertheoretically．Thesensitivityofthetri—axiscapacitiveaccelerometerX，YZwas11．2pF儋，10．8pF／g，6pF／grespectively．Andthemicro-displacementwasO．42pm、0．406pm、O．28pm．Also，theaccelerometerWassimulatedtobecapableofresistingtheimpactof

7、anti一50009．Thispapermainlyexpoundsmicro-nanofabricationtechnologies．Thestructureisdesignedtodoresearchonrouesofthecombcapacitiveaccelerometerbulksiliconprocessflow,andalsoinvolvedintheprocessofprocessingthesiliconanisotropicetching，Silicon-glassanodicbonding，Deepreactivei