倾斜梳齿的MEMS电容式传感器惯性脉冲响应特性研究

DRIE(Deep Reactive Ion Etching)工艺加工的高深宽比梳齿电容不能保证绝对平行.本文在考虑低真空空气阻尼力的同时,研究了梳齿电容倾斜的MEMS传感器对脉冲惯性信号的响应,并分析了DRIE工艺因素对器件性能的影响.研究结果表明,当传感器为没有静电力反馈的双边电容结构时,梳齿电容的不平行对传感器的响应位移、惯性脉冲响应线性度范围影响明显,且随着封装真空度增加而加重.若传感器有静电力反馈,惯性脉冲响应的灵敏度降低,但DRIE工艺因素的影响程度降低.为了抑制DRIE工艺导致的梳齿电容不平行因素的影响,文中还设计了一个新型的变电容面积的MEMS惯性传感器,并用ANSYS初步分析了其性能,设计了其详细的制作工艺流程.

梳齿倾斜角对多自由度微陀螺动态性能的影响

为揭示由于刻蚀加工误差导致的梳齿倾斜角度对多自由度微陀螺动态性能的影响机理,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,分析了线性及静电力非线性工况下梳齿倾斜角度对微陀螺动力学特性的影响。研究结果表明,微陀螺在线性系统内工作时,梳齿倾斜角会导致微陀螺系统出现共振频率偏移,并造成灵敏度大幅下降,但对带宽基本没有影响。当在静电力非线性系统内工作时,梳齿倾斜角对系统响应有刚度硬化作用,可在一定程度上抵消静电力非线性的影响;硬化作用先随梳齿倾斜角的增加而增加,到达峰值后随刻蚀误差的增加而减小,即存在最佳梳齿倾斜角度以抵消静电力非线性的影响。上述研究成果为控制或利用刻蚀误差的影响提供了理论依据。

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点。通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较。结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声。以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率。