基于SOI技術(shù)的MEMS慣性加速度計的設(shè)計與優(yōu)化.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、MEMS(微機電系統(tǒng),Micro Electro Mechanical System)慣性加速度計是微慣性測量組合(MIMU,Micro Inertial Measurement Unit)的關(guān)鍵部件,在許多相關(guān)領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,在微系統(tǒng)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用,因此,微慣性加速度計已成為大家研究和分析的熱點,采用SOI(絕緣襯底上的硅)技術(shù)的MEMS慣性加速度計不但具有較好的硅機械特性,而且使CMOS(互補金屬氧化物半

2、導(dǎo)體,Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝與MEMS加工工藝能夠兼容,為加速度計表頭與CMOS單片的集成提供了可能,實現(xiàn)了慣性器件微型化、可集成化、易批量生產(chǎn)等優(yōu)點。
   本文以電容式微加速度計為研究對象,進行基于SOI技術(shù)的微加速度計結(jié)構(gòu)設(shè)計、建模仿真、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、器件加工工藝技術(shù)等內(nèi)容的研究。根據(jù)目前國內(nèi)外MEMS慣性加速度計的發(fā)展現(xiàn)狀及國內(nèi)加工工藝條件,對不同類型MEMS加速

3、度計的優(yōu)缺點進行比較,提出了一個性能最優(yōu)的基于SOI技術(shù)的梳齒狀電容式微加速度計結(jié)構(gòu);基于硅微結(jié)構(gòu)設(shè)計基本準(zhǔn)則,進行梳齒狀微加速度計結(jié)構(gòu)設(shè)計和模型建立,對其力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)電容和動態(tài)特性等主要參數(shù)進行理論公式推導(dǎo)和分析,指出影響器件分辨率、靈敏度、機械熱噪聲等性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),并對其U型彈性梁結(jié)構(gòu)進行了選擇和優(yōu)化設(shè)計;利用MEMS專用軟件CoventorWare進行微加速度計結(jié)構(gòu)特性系統(tǒng)級建模和仿真分析,其中包括靜力分析、模態(tài)分析和彈性

4、梁頻響特性分析,并對結(jié)構(gòu)模型進行驗證優(yōu)化;然后建立電容式加速度計表頭力學(xué)特性和差動電容結(jié)構(gòu)的等效電學(xué)模型,利用PSPICE軟件進行結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性仿真,驗證了設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性和正確性。
   最后根據(jù)梳齒狀微加速度計結(jié)構(gòu),設(shè)計提出了以SiO2為中間層的SOI鍵合-減薄制作加工技術(shù),給出了具體加工工藝流程,然后基于SOI結(jié)構(gòu)研究設(shè)計了微加速度計器件的加工工藝。同時,提出了一種金屬離子吸附薄膜工藝技術(shù),來克服器件刻蝕過程中的底切和No

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