高精度電容式MEMS傳感器的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、高精度電容式MEMS傳感器具有體積微小、精度高、功耗低、可非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，使其在機(jī)械量的精密測(cè)量方面較傳統(tǒng)傳感器有更多的優(yōu)勢(shì)，而且正逐步進(jìn)入到成分含量測(cè)量領(lǐng)域，例如壓力、液位等的測(cè)量。論文主要針對(duì)高精度電容式MEMS傳感器的若干關(guān)鍵問題展開分析，并設(shè)計(jì)出一種新型的器件結(jié)構(gòu)。
　　論文首先對(duì)電容式傳感器的基本原理、動(dòng)態(tài)模型和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述，并且分析了影響測(cè)量分辨率的噪聲來源。接著簡(jiǎn)要分析電容式傳感器的自標(biāo)定原理。其次，為了得

2、出綜合性能最佳的電容極板結(jié)構(gòu)，對(duì)四種不同的極板結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行理論仿真分析，表明凹槽型極板結(jié)構(gòu)性能最適合。其中，為了克服深度離子刻蝕工藝對(duì)深寬比的限制以及降低噪聲，采用靜電驅(qū)動(dòng)方法和在極板上刻蝕凹槽的方式來增大靜態(tài)初始檢測(cè)電容與減小電容間隙，并且分析了凹槽中的空氣阻尼。優(yōu)化并改善了器件結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)噪聲，提升了系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性。
　　論文在以上理論基礎(chǔ)與結(jié)論上，提出一種新型的MEMS電容式傳感器結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)利用有限元仿真軟件進(jìn)行分析

3、。利用仿真軟件分析研究干擾器件性能的主要因素，并針對(duì)此做了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化；同時(shí)也仿真分析了傳感器的模態(tài)和靈敏度特性，并總結(jié)新型器件在Y方向上的敏感特性；對(duì)器件中驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行模態(tài)分析和傾斜效應(yīng)分析，結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)器在加速度作用下均不會(huì)對(duì)器件慣性信號(hào)檢測(cè)造成影響。
　　最后論文繪制了MEMS微器件版圖繪制并設(shè)計(jì)了加工工藝，介紹了新型傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電容檢測(cè)結(jié)構(gòu)剖視圖的初步制作結(jié)果，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的正確性。最后，文中提出了該類型傳感器