电容式微机械加速度计制造技术

本实用新型专利技术公开了电容式微机械加速度计，属于微机械传感器的技术领域。加速度计包括：硅片基座，形成在硅片基座上的绝缘层，沉积在绝缘层上的检测电容层，以及多晶硅活动结构屏蔽层，多晶硅活动结构层通过检测电容层的支撑悬空，多晶硅活动结构屏蔽层中的质量块在加速度作用下带动支撑梁发生位移，检测电容极板之间的电场线会发生变化，由电场线变化得到的电容变化值即为测量的加速度信息。利用边缘电场效应设计的电容式微机械加速度计，在大量程下具有大灵敏度，在激励电容和外加激励电压作用下,检测电容使其具有自检功能且不会发生吸附失效。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了电容式微机械加速度计，属于微机械传感器的
。加速度计包括：硅片基座，形成在硅片基座上的绝缘层，沉积在绝缘层上的检测电容层，以及多晶硅活动结构屏蔽层，多晶硅活动结构层通过检测电容层的支撑悬空，多晶硅活动结构屏蔽层中的质量块在加速度作用下带动支撑梁发生位移，检测电容极板之间的电场线会发生变化，由电场线变化得到的电容变化值即为测量的加速度信息。利用边缘电场效应设计的电容式微机械加速度计，在大量程下具有大灵敏度，在激励电容和外加激励电压作用下,检测电容使其具有自检功能且不会发生吸附失效。【专利说明】电容式微机械加速度计
本技术公开了电容式微机械加速度计，尤其是一种基于边缘电场效应的电容式微机械加速度计及其制造方法，属于微机械传感器的
。
技术介绍
微机械加速度计是微机电系统中最为成功的器件之一，在军事与民用领域有广泛的应用前景，孕育着巨大的社会效益和经济效益，提高性能指标是目前微机械加速度计领域的研究重点。 电容式微机械加速度计是通过加速度作用在质量块上，质量块带动支撑梁的活动，而质量块上的梳齿或平板也相应发生位置移动，当梳齿或平板与固定平板构成的电容对的间隔距离发生变化时，意味着对应的电容发生变化，电容变化的大小与加载的加速度大小有关。电容式微机械加速度计正是通过检测电容变化的大小来感测被测量方向加速度的。 电容式微机械加速度计根据电容形式分类一般有两种，一种是平板式，电容变化主要由正对极板的间距变化引起，这种方式存在挤压阻尼大，平板在大间距下容易发生吸附现象，加速度计会失效。另外一种是梳齿式，电容变化主要由正对梳齿的交叠面积变化引起，这种方式下滑动阻尼小，梳齿不容易发生下拉吸附现象，但同样的驱动电压下，对应的电容变化小，加速度计灵敏度小。研究者也开始研制其他原理的微机械加速度计，如谐振式微机械加速度计等，但这种新型的加速度计不但设计结构复杂，输出非线性也比较大，结构对工艺制造误差依赖性大。 根据上述说明，电容式微机械加速度计工艺容易实现加工，但都存在不同的缺点。其他类型的微机械加速度计又存在结构复杂，对工艺误差依赖性来，输出非线性大缺点。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了电容式微机械加速度计。 本技术为实现上述技术目的采用如下技术方案。 电容式微机械加速度计，包括:硅片基座，形成在硅片基座上的绝缘层，沉积在绝缘层上的检测电容层，以及多晶硅活动结构屏蔽层，所述多晶硅活动结构层通过检测电容层的支撑悬空，所述检测电容层中心与多晶硅活结构屏蔽层中心重合， 所述多晶硅活动结构屏蔽层包括:关于质心对称的四边形质量块、第一支撑梁、第二支撑梁，所述质量块第一、第二侧边的一端分别延伸有第一、第二连接梁，质量块第一侧边、第二侧边关于质心对称，第一支撑梁通过第一连接梁与所述质量块连接，第二支撑梁通过第二连接梁与所述质量块连接，第一、第二连接梁关于所述质量块的质心对称，第一、第二支撑梁关于所述质量块的质心对称，所述第一、第二支撑梁上分别连接有锚点区； 所述检测电容层包括:结构相同的第一极板、第二极板、与支撑梁上锚点区相对应的信号引线区，所述第一、第二极板均附着有梳齿，第一、第二极板的梳齿相互交叠。 作为所述电容式微机械加速度计的进一步优化方案，所述多晶硅活动结构屏蔽层还包括:与所述质量块第三侧边平行放置的第一激励平板、与所述质量块第四侧边平行放置的第二激励平板，第一激励平板与所述质量块第三侧边构成第一平板电容，第二激励平板与所述质量块第四侧板构成第二平板电容，所述质量块第三侧边、第四侧边关于质心对称，所述第一、第二激励平板分别连接有锚点区，所述检测电容层还包括与激励平板上锚点区相对应的信号引线区，激励平板上锚点区通过其对应的信号引线区固定在硅片基座上。 进一步的，所述电容式微机械加速度计中，质量块为长方形，第一、第二侧边为长边,第三、第四侧边为宽边。 进一步的，所述电容式微机械加速度计中，质量块上留有开孔。 本技术采用上述技术方案，具有以下有益效果:利用边缘电场效应设计的电容式微机械加速度计，在大量程下具有大灵敏度，在激励电容和外加激励电压作用下，检测电容使其具有自检功能且不会发生吸附失效。 【专利附图】【附图说明】 图1 (a)至图1 (f)为本技术的加速度计的主要工艺制造流程示意图。 图2为本技术的加速度计的整体微结构图。 图3为本技术的加速度计的可动结构层。 图4为本技术的加速度计的检测电容和信号引线层。 图5 (a)、图5 (b)分别为本技术的加速度计在动质量块静止、运动时的边缘电场效应示意图。 图中标号说明:S为活动质量块系统，M为质量块，S12、S22为第一、第二连接梁，S1US21为第一、第二支撑梁，311、512、11、12为信号引线区，8(:1、802为第一、第二激励极板，B1、B2 为长方形极板，Al、A2、Cll、C12、C13、C21、C22、C23 为锚点区，Dl、D2 为第一、第二极板，D11、D21为长方形板，D12、D22为梳齿。 【具体实施方式】 下面结合附图对技术的技术方案进行详细说明。 本技术对应的电容式微机械加速度计主要用来测量面内水平方向的一维加速度，加速度计如图2所示由上、中、下三层组成，上层为多晶硅活动结构屏蔽层，中间层为多晶硅检测电容和电气信号引线层，下层为硅圆片基座，支撑其上面的两层。本技术对应的电容式微机械加速度计设计主要包含两层，多晶硅活动结构屏蔽层即为活动质量块系统S。 活动质量块系统S如图2、图3所示，由质量块M、第一连接梁S12、第二连接梁S22、第一支撑梁S11、第二支撑梁S21、锚点区Al和A2组成。质量块M关于质心对称，可以为长方形，长宽可以根据需要调整，质量块M中间开了长方形的孔，能减小活动时的挤压阻尼。第一连接梁S12、第二连接梁S22分别从质量块M的一条水平边延伸出，第一连接梁S12、第二连接梁S22关于方形质量块质心对称，，第一连接梁S12与质量块M的左下角相连，第二连接梁S22与质量块M的右上角相连。第一支撑梁Sll通过第一连接梁S12与质量块M连接，第二支撑梁S21通过第二连接梁S22与质量块M相连。第一连接梁S12、第二连接梁S22几何尺寸相同，均为长方形，可以根据设计需要进行尺寸调整。第一支撑梁SI 1、第二支撑梁S21几何尺寸相同，均为长方形，可以根据设计需要进行尺寸调整，质量块M在水平方向的位移大小取决于质量块M大小和第一支撑梁Sll以及第二支撑梁S21的刚度。第一支撑梁Sll连接有的锚点区Al以及第二支撑梁S21连接有的锚点区A2均为长方形，几何尺寸相同，可以根据设计需要调整。在速度作用下，活动质量块系统S中质量块M、第一连接梁S12、第二连接梁S22、第一支撑梁S11、第二支撑梁S21可动。检测电容层如图2、图4所示，其中心与质量块M中心相重合包括第一极板Dl和第二极板D2，与锚点区Al连接方形信号引线区SJ1、与锚点区A2连接有方形信号引线区SJ2。第一极板Dl和第二极板D2构成检测电容。在信号引线区SJl和S本文档来自技高网...

【技术保护点】
电容式微机械加速度计，其特征在于包括：硅片基座，形成在硅片基座上的绝缘层，沉积在绝缘层上的检测电容层，以及多晶硅活动结构屏蔽层，所述多晶硅活动结构层通过检测电容层的支撑悬空，所述检测电容层中心与多晶硅活结构屏蔽层中心重合，所述多晶硅活动结构屏蔽层包括：关于质心对称的四边形质量块、第一支撑梁、第二支撑梁，所述质量块第一、第二侧边的一端分别延伸有第一、第二连接梁，质量块第一侧边、第二侧边关于质心对称，第一支撑梁通过第一连接梁与所述质量块连接，第二支撑梁通过第二连接梁与所述质量块连接，第一、第二连接梁关于所述质量块的质心对称，第一、第二支撑梁关于所述质量块的质心对称，所述第一、第二支撑梁上分别连接有锚点区；所述检测电容层包括：结构相同的第一极板、第二极板、与支撑梁上锚点区相对应的信号引线区，所述第一、第二极板均附着有梳齿，第一、第二极板的梳齿相互交叠。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，于步云，孟瑞丽，孙冬娇，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32