低热机械噪声的梳齿式加速度计.pdf

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1、20l1年仪表技术与传感器2011第l0期InstrumentTechnique’andSensorNo．10低热机械噪声的梳齿式加速度计杨丹琼，徐静，钟少龙，李四华，吴亚明(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室，上海200050；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：文中介绍了一种基于低噪声梳齿变面积型加速度计。采用体硅加工工艺，利用SOI材料30m顶层硅制造垂直梳齿，梳齿数目达200对，提高了初始电容，能够充分利用尺寸空间，获得具有低噪特性的加速度计。该种形式的加速度计不需要真空封装，也不需要制作阻尼孔就

2、能满足低噪声要求。器件采用三层材料，利用硅一玻璃键合和BCB键合实现，能够有效提高成品率，并给出了成功流片后得到的SEM照片。最后，对器件进行了频谱响应曲线的测试，测试得到器件在非真空封装及无阻尼孔情况下Q值高迭156．95。测试结果表明该器件的设计简化了制造工艺，降低了成本，同时得到提高了Q值，能够降低热机械噪声。关键词：低噪声加速度计；体硅工艺；梳齿电容；滑膜阻尼中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)10—0021—03LowTherma1．mechanicalNoiseMEMSAcceleromete

3、rYANGDan．qiong·，XUJing，ZHONGShao．1ong，LISi．hua·，WUYa．ming(1．StateKeyLaboratoryof1rI锄lsdllcerTechnology，Shaugh~iInstituteofMicrosystemandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China；2．GraduateSchool，ChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Th

4、ispaperpresentedalownoiseaccelerometerbasedoncombareachanging．Withbulksiliconprocess，itusedthetoplayertoformcombfingerandthebottomlayertoformmassbulk．Thenumberofcombfingerswasincreasedandthecapaci—taneewasimproved．Thepaperprovidedtheprocessofproducingthedeviceandgotalownoiseac

5、celerometerwhichcanbepro—dueedeasieranddidnothavetobepackagedinvs．cuumcircumstance．TheQfactorishigheventhereisnodampholesinthems88bulk．ThetestresultsprovethatthedevicecangethighQfactoranddecreasethethermal-mechanicalnoise．Keywords：lownoiseaecelemmeter；bulksiliconprocess；combca

6、pacitance；slidedampO引言式检测方式实现加速度的测量，该器件在运动过程中仅产生滑加速度计作为一种惯性敏感器件可以实现运动、姿态和振膜阻尼，能够大幅度降低空气阻尼。通过合理设计实现了一动检测或监测，已被广泛应用于汽车、消费电子、工业、地质勘种具有高Q值、低噪声、无需真空封装特性的加速度计。探、地震监测及国防等各个领域。基于微电子机械系统1器件原理与设计(MEMS)技术的微加速度计具有尺寸小、质量轻、灵敏度高、可变面积梳齿加速度计工作的基本原理是：质量块在惯性力批量生产等优点，已成为加速度计的主流产品。MEMS加速度的激励作用下产生位

7、移，分布在质量块侧向的可动梳齿与固定计按其检测原理主要分为：压阻式、压电式、热感式以及在边缘的固定梳齿的交叠面积发生变化，从而产生梳齿电容的电容式。目前应用最广的加速度计主要采用电容式，利用变化。两侧梳齿电容变化极性相反，形成差分电容。该差分电MEMS制造工艺可与集成电路工艺兼容，具有体积小、灵敏度容的大小与惯性力变化大小成正比。高、温度特性好等优点。灵敏度要求较高的低g加速度计多采图1为敏感元件的整体结构图，图2为梳齿结构的放大用电容检测方式。灵敏度与噪声极限是限制加速度测量精度图。传感器结构主要由4部分组成，分别为：质量块、对称双端的关键要素。

8、固支梁、可动垂直梳齿、固定垂直梳齿。采用对称分布的双端电容检测方式的加速度计分为平板电容式和梳齿电容固支梁连接质量块与固定