新型體微機械工藝制造高性能加速度傳感器的研究.pdf

1、該論文研究了帶有自檢功能的同平面自限制側(cè)壁壓阻敏感加速度傳感器的原理、設(shè)計、制作工藝和器件測試.為實現(xiàn)該加速度傳感器,提出了一套新的體硅微機械工藝,使用普通硅片取代SOI硅片來制作器件.圍繞該加速度計的設(shè)計和新工藝驗證,在總結(jié)分析已有工作的基礎(chǔ)上,提出了有新穎特色的設(shè)計.傳感器芯片由一對懸臂梁沿相反方向排列,敏感加速度方向和芯片同平面,使用懸臂梁刻蝕間隙作為過載保護.采用在深槽側(cè)壁(懸臂梁彎曲的表面)制作壓阻的方法,大大提高了加速度傳感

2、器的靈敏度.利用集成在加速度傳感器上的靜電驅(qū)動器,實現(xiàn)電自檢測功能.采用解析方法對器件的靜態(tài)特性、振動阻尼特性、電自檢測功能等參數(shù)進行了設(shè)計.器件的主要設(shè)計指標:S=1.10μV/3.3V/g,f<,0>=98.8KHz,Q=50.6.該靈敏度比在硅上表面制作壓阻的傳統(tǒng)器件高近一倍.采用普通硅片使用創(chuàng)新的體微機械工藝實現(xiàn)了器件的制作.該工藝包含深溝側(cè)壁擴散+側(cè)壁絕緣槽,使該器件的制作無須采用昂貴的SOI硅片,并且具有工藝流程簡單易控、工

3、藝成品率高、與VLSI工藝兼容以制作CMOS-MEMS等優(yōu)點.對器件進行了測試.該器件的幾個關(guān)鍵測試,均和理論計算值吻合得相當好,驗證了前面的設(shè)計:1.半導體電學性能測試成功驗證了新工藝的有效性;2.當外加自檢驅(qū)動交流電壓V<,drive>=-15±10cosω0<,t>(V)頻率等于諧振頻率f<,0>=96.4KHz時,雙梁自檢峰值輸出7.02mV,Q值為74.3;3.10000g沖擊實驗,可得器件靈敏度為0.972μV/3.3V/g