真空微電子加速度傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、加速度傳感器是一種十分重要的慣性傳感器，基于新原理、新技術(shù)的高性能加速度傳感器是近年來研究的熱點。真空微電子加速度傳感器基于場致發(fā)射理論，集固體器件和真空微電子器件的優(yōu)點于一身，具有靈敏度高、抗輻射、響應(yīng)快、體積小等獨特的優(yōu)點，是高性能MEMS加速度傳感器的新探索，具有十分重要的科學意義和迫切的應(yīng)用需求。
　　論文針對真空微電子加速度傳感器研究中存在的科學與技術(shù)問題，提出了一種基于納米錐尖陣列、初始發(fā)射間距可控和過載保護的真空微電

2、子加速度傳感器新結(jié)構(gòu)。研究了場致發(fā)射理論，建立了真空微電子加速度傳感器的理論模型；完成了真空微電子加速度傳感器敏感結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和仿真分析；突破了錐尖陣列制備、低溫鍵合、ICP刻蝕等關(guān)鍵加工技術(shù)，開展了圓片級真空封裝的探索研究，成功研制出真空微電子加速度傳感器原理樣品；研究了真空微電子加速度傳感器測試方法，完成了主要性能指標的測試與分析。
　　論文的主要工作包括：
　?、俳榻B了真空微電子傳感器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析了真空

3、微電子加速度傳感器的特點以及存在的科學與技術(shù)問題，確定了總體研究方案；
　?、诨趫鲋掳l(fā)射理論，分析了埃菲爾鐵塔形和金字塔形場發(fā)射陰極錐尖的電學特性；建立了真空微電子加速度傳感器的理論模型，研究了傳感器的力學和電學特性，分析了影響傳感器性能的主要因素；
　?、鄹鶕?jù)真空微電子加速度傳感器的設(shè)計目標，提出了基于納米錐尖陣列的真空微電子加速度傳感器新結(jié)構(gòu)。通過偏置電壓控制初始發(fā)射間距，引入臺階擴大帶錐尖陣列敏感質(zhì)量塊的可控位移，設(shè)

4、計過載保護環(huán)實現(xiàn)對錐尖的保護。該結(jié)構(gòu)降低了工藝難度，有效抑制了傳感器的靜電吸合失效；采用ANSYS有限元分析軟件對敏感結(jié)構(gòu)進行了靜力學及動力學分析，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)；提出了帶雙鍵合環(huán)的圓片級真空封裝新結(jié)構(gòu)；
　?、懿捎脙?yōu)化的HNA各向同性濕法液制備了均勻、一致的埃菲爾鐵塔形硅尖陣列，在硅尖表面沉積TiW/Au復(fù)合金屬薄膜，提高了器件的場發(fā)射性能；研究了工藝參數(shù)對陽極鍵合、Au/S i共晶鍵合的影響，優(yōu)化了低溫鍵合工藝，解決了電極發(fā)黑

5、以及鍵合界面不均勻等問題，開展了三層真空鍵合探索；優(yōu)化ICP刻蝕工藝，引入結(jié)構(gòu)預(yù)釋放微孔，解決了彈性梁釋放中的側(cè)向鉆蝕和結(jié)構(gòu)斷裂問題，成功研制出真空微電子加速度傳感器原理樣機。
　　⑤研究了真空微電子加速度傳感器的測試方法，搭建了測試平臺，完成了各性能指標的測試。在7.6V偏置電壓，1.5V發(fā)射電壓下，真空微電子加速度傳感器的輸出電流為52.4μA，靈敏度為1.06V/g，非線性度為0.91％，零偏穩(wěn)定性為484μg，分辨率為27