高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作.pdf

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1、第24卷第8期传感技术学报V01．24No．82011年8月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．2011DesignandFabricationofMicro-MachinedResonantAccelerometerTUSheng，WANGJunbo，SHANGYanlong，CHENDeyong(StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Toimp

2、rovethesensitivity。anovelstructureofmicro．machinedresonantaccelerometerbasedonanewsensingmechanismisdesigned．Themathematicalmodelforresonantaceelerometersisestablishedandthekeyfactorsaffectingthesensitivityofaccelerometerareobtained．Theparametersofthestructureareoptimizedbasedontheanalysis．Toim

3、provetheQ-factorandthestability，theheavilydopedsiliconisusedtofabricatetheresonantbeams；moreover，thefabricationprocessissimplified．OwingtotheanisotropicetchingpropertiesofsiliconinKOHsolution，theproofmass，thesupportingbeamsandtheresonantbeamswithdifferentthicknesscanbeachievedsimultaneouslybywe

4、tetching．Experimentalresultsshowthatthesensitivityoftheaccelerometerisabout1．9892kHz／gover一1gto1grange．Keywords：micro-electronicmechanicalsystems(MEMS)；resonantaccelerometer；electromagneticexcited；highsensitivityEEACC：7230；7320Edot：10．3969／j．iSSI!．1004-1699．2011．08．006高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作术涂晟，王军

5、波，商艳龙，陈德勇(中国科学院电子学研究所，传感器国家重点实验室，北京100190)摘要：为提高加速度传感器灵敏度，提出一种新的加速度敏感机制，并基于此原理设计了一种新的微机械谐振式加速度传感器结构。分析了加速度传感器的数学模型及影响灵敏度的关键参数，并以此为依据对传感器结构参数进行优化设计。采用扩散硅层作为谐振子，提高器件性能的同时简化了制作工艺，利用KOH溶液湿法腐蚀硅在各晶向上的各向异性，实现了支撑梁、谐振梁、质量块三者不等厚结构的制作。实验测试结果表明，加速度传感器在一1g～1g范围内的灵敏度为1．9892kHz／g。关键词：微电子机械系统；谐振式加速度传感器；电磁激励；高灵

6、敏度中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)08-1114-04加速度传感器是惯性导航和振动监测的核心元件化硅(SiN)等不同材料谐振器的微加速度传感器，其之一。微机械加速度传感器因其低功耗、小尺寸、响应中，基于石英的微机械谐振式加速度器已得到导航级快、易集成、可批量生产等特点⋯而得到广泛的研究和的应用j。硅基谐振式微机械加速度传感器采用应用。基于微机械加工技术的谐振式加速度传感器，MEMS工艺加工而成，与基于石英的传感器相比，在由于其输出为谐振频率信号，易于与后端数字电路匹制作成本上有着不可比拟的巨大优势，因此受到了诸配组成高精度的微机电测控系统

7、，与电压电流等模拟多研究者的青睐引。97年Roessig等人设计和制输出信号相比，其性能主要受其机械结构和材料性能作了一种灵敏度为45Hz／g的双端音叉谐振式加速影响，电漂移及噪声对测量精度影响较小，具有更强的度传感器，06年通过表面微机械加工工艺，Susan抗干扰眭。与传统的压阻式、电容式加速度传感器相X．P．Su等人提出的谐振式加速度传感器的灵敏度提比，谐振式加速度传感器具有动态范围宽、测试精度高到160Hz／g，09年ClaudiaComi等人将灵敏