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压阻式三轴加速度计的设计简介

作者:admin更新时间:2018-05-25

  压阻式加速度传感器是最早开发的硅型微加速度传感器,也是当前使用较多的一种产品。20世纪80年代初美国斯坦福大学和Angell制造的用于生物医学移植以测量心壁加速度的加速度计问世后,各种应用于不同场合下的硅微型加速度计层出不穷,对硅微型加速度计的研究也越来越受到人们的关注。 进入到20世纪90年代,随着科学技术的发展和军事、商业市场的需求,单一方向的加速度测试已经不能满足各方面的需求,在很多应用中需要检测加速度矢量。传统方法是将三个单轴的加速计组装在一起构成一个三轴加速度计,这种方法降低了加速度计的机械精度和微小化程度。

压阻式三轴加速度计

  三轴压阻式加速度计的设计

  三轴压阻加速度计为如图1所示的单质量块、四边八梁结构。结构设计为超对称,很好地抑制了非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。通过在梁上应力较大区域扩散电阻,通过惠斯通电桥的连接实现三个方向加速度的检测。 微机械加工的衬底材料并不一定必须是硅,但由于历史和现实两方面的原因,迄今为止微机械加工中所用的衬底还主要是硅。本文所设计的加速度计量程小灵敏度高,而在其它尺寸相同的情况下梁厚对灵敏度的影响最大,基本是反比关系。因为在同样的载荷下,梁厚与应力大小成反比,应力值又直接影响灵敏度。所以我们选择SOI材料,由顶层硅精确控制梁厚为10 µm,同时埋层介质SiO2作为隔离可避免或降低体硅器件中存在的各种寄生效应。

  三轴压阻加速度计的设计

  分别为P-压阻版,

  P+欧姆接触版、

  背腔版、

  背腔及凸角补偿版,

  引线孔版、

  金属引线版、

  正面穿透版和金属电极版。

  该加速度计加工的关键工艺有光刻、薄膜淀积、溅射、离子注入、湿法腐蚀、干法腐蚀和静电键合等工艺。工艺流程的大致步骤为:

  1)初始双面氧化;

  2)光刻离子注入形成压阻区(P-);

  3)光刻浓硼扩散形成P+欧姆接触区;

  4)刻蚀引线孔;

  5)进行第一次KOH腐蚀,形成浅槽;

  6)进行第二次KOH腐蚀,形成质量块,光刻穿通区,释放梁结构;

  7)反刻铝引线;

  8)将器件与玻璃进行对准键合。

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