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悬臂梁结构微机械压阻式加速度传感器研究

金虎

  基于微机械加工技术的压阻式加速度传感器是一类很重要的传感器。传感器的量程最低可到±2g,最高±500g,线性度一般为0.2%至1%,横向效应一般在1%至3%。小量程加速度传感器在实际中有较为广泛的用途,如汽车ABS系统、制导系统等都需要高精确度的小量程传感器。低量程高线性的加速度传感器除可作为加速度传感器外,还可以应用于倾角仪等。论文的第一章对微机械加工技术、MEMS器件及其应用和微机械加速度传感器的研究、以及薄膜应力作用的一般规律进行了综述,总结了MEMS技术的应用前景及微机械压阻式加速度传感器的研究进展。第二章详细论述具有悬臂梁结构的压阻式加速度传感器芯片的工作原理、分析计算了器件的静态、动态特性和温度性能,在此基础上确定了结构参数。并对横向效应和温度效应的补偿进行了理论计算,结果表明此种结构的三种横向效应中主要是由于质量块(岛)质心偏离梁中平面,沿梁伸展方向 (x向)惯性力分量产生的弯矩。第三章详细阐述了压阻式加速度传感器的制作工艺,包括芯片工艺和盖板工艺。针对工艺中存在的问题进行了分析,为矫正氧化硅薄膜压应力在小量程悬臂梁结构传感器中造成的梁的挠曲,确定采用淀积氮化硅薄膜的方法。论文第四章主要研究了氮化硅及二氧化硅复合薄膜的应力作用规律,对在本器件中利用氮化硅薄膜应力补偿二氧化硅薄膜应力进行了理论和实验研究,证明复合薄膜对衬底的应力作用,可视为不同薄膜对衬底作用的线性叠加,且悬臂梁的挠度与梁上薄膜厚度成正比。在第五章中,主要讨论了器件的测试方案,对器件的动态、静态性能进行测试,分析了影响器件性能的工艺和设计因素。测试表明,具有悬臂梁结构的压阻式微机械加速度传感器在量程±1g,线性度优于 0.05%,灵敏度叫~1mV/gV,阻尼比~0.7,带宽~11OHz。……   
[关键词]:加速度传感器;压阻式;悬臂梁结构;微机械加工技术;氮化硅;accelerometer;复合薄膜;横向灵敏度;薄膜应力;线性度
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国科学院上海冶金研究所2000年
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