| 【中文题名】 | 基于MEMS技术的差分电容式加速度微传感器的研究和设计 |
| 【英文题名】 | Study and Design of Capacitive Acceleration Micro-sensor Based on MEMS Technology |
| 【学科专业】 | 微电子学与固体电子学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-4-11 |
| 【中关键词】 | 电容式加速度传感器,MEMS,有限元分析,,, |
| 【英关键词】 | capacitive acceleration sensor,MEMS,finite element analysis, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>传动装置（执行机构）> |
| 【论文摘要】 |
现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。随着集成电路和微机械加工技术的迅速发展,微硅传感器的研究和应用得到了极大的促进。目前在各个领域,硅微传感器正呈现商业化、产业化的应用前景。其主要优点是:微型化、集成化、低成本、低功耗、可靠性高等。作为传感器的一个重要分支,加速度传感器受到越来越多的关注,并广泛应用于航空航天、工业自动化、汽车安全气囊等领域。
本文在对各种硅微加速度传感器特点进行比较的基础上,选择了差分电容式硅微加速度传感器作为研究对象。在对其工作原理和相关制作工艺进行了阐述和研究之后,提出了一种对称的“四梁-质量块”结构的差分电容式微加速度传感器。与传统的弹性膜结构传感器相比,这种传感器具有更高的线性度和灵敏度。
根据建立的差分电容式微加速度传感器的力学模型,利用有限元方法对其进行了静力学和动力学分析。通过分析,得出了在不同加速度下传感器的应力分布,验证了该设计的有效性。同时,拟合出了悬臂梁及质量块的结构参数与质量块最大位移量和谐振频率的关系曲线,以及质量块受迫振动的谐响应曲线。这些分析为此类加速度计的设计提供了理论依据。... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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ABSTRACT |
6-9 |
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第一章 引言 |
9-15 |
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1.1 微电子机械系统概况及特点 |
9-11 |
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1.2 MEMS 常用材料及其器件的应用领域 |
11-12 |
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1.3 MEMS 与传感器技术的结合 |
12-13 |
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1.4 本文的工作意义和主要内容 |
13-15 |
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第二章 微机械加工技术概述 |
15-34 |
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2.1 图形制作技术 |
15-17 |
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2.1.1 掩膜制作 |
15-16 |
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2.1.2 涂胶及前烘 |
16 |
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2.1.3 曝光和曝光后处理 |
16-17 |
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2.1.4 显影 |
17 |
|
2.1.5 显影后处理 |
17 |
|
2.2 硅片氧化 |
17-18 |
|
2.3 薄膜淀积 |
18-19 |
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2.3.1 物理气相淀积 |
18 |
|
2.3.2 化学气相淀积 |
18-19 |
|
2.4 体微机械加工技术 |
19-27 |
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2.4.1 各向同性腐蚀 |
20-21 |
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2.4.2 硅的各向同性自停止腐蚀 |
21 |
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2.4.3 各向异性腐蚀 |
21-24 |
|
2.4.4 硅的各向异性自停止腐蚀 |
24-26 |
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2.4.5 采用KOH 腐蚀液削角的补偿 |
26-27 |
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2.4.6 干法刻蚀 |
27 |
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2.5 表面微机械加工技术 |
27-30 |
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2.5.1 表面微机械加工使用的材料 |
28-29 |
|
2.5.2 表面微机械加工的特点 |
29-30 |
|
2.6 键合技术 |
30-32 |
|
2.6.1 低温直接键合法 |
30 |
|
2.6.2 二步直接键合法 |
30 |
|
2.6.3 阳极键合法 |
30-31 |
|
2.6.4 硅/硅基片直接键合 |
31-32 |
|
2.7 LIGA 技术与准LIGA 技术工艺 |
32-34 |
|
2.7.1 LIGA 技术 |
32-33 |
|
2.7.2 准LIGA 技术 |
33-34 |
|
第三章 差分电容式微加速度传感器的结构及工作原理 |
34-45 |
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3.1 几种典型微加速度传感器的工作原理及特点 |
34-40 |
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3.1.1 硅微压阻式加速度传感器 |
34-36 |
|
3.1.2 硅微电容式加速度传感器 |
36-37 |
|
3.1.3 硅微压电加速度传感器 |
37-38 |
|
3.1.4 隧道电流型加速度传感器 |
38-40 |
|
3.2 微电容式加速度传感器工作原理及特点 |
40-43 |
|
3.2.1 电容式传感器的原理及应用 |
40-41 |
|
3.2.2 改变极板间距离的电容传感器 |
41-43 |
|
3.3 差分电容式微加速度传感器的结构及工作原理 |
43-45 |
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第四章 差分电容式加速度微传感器的理论分析与计算 |
45-66 |
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4.1 有限元法的发展和ANSYS 软件 |
45-48 |
|
4.2 有限元分析的基础理论 |
48-53 |
|
4.2.1 结构静力学分析有限元理论基础 |
48-49 |
|
4.2.2 结构动力学分析有限元理论基础 |
49-53 |
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4.3 微电容式加速度传感器的有限元建模与分析 |
53-66 |
|
4.3.1 静力学分析 |
54-56 |
|
4.3.2 静力学计算结果的回归分析 |
56-61 |
|
4.3.3 模态分析 |
61-62 |
|
4.3.4 模态计算结果的分析 |
62-64 |
|
4.3.5 谐响应分析 |
64-66 |
|
第五章 差分电容式微加速度传感器掩膜设计及工艺流程 |
66-72 |
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5.1 掩膜设计 |
66-68 |
|
5.1.1 掩膜尺寸设计 |
66-68 |
|
5.2 工艺流程 |
68-72 |
|
第六章 总结与展望 |
72-73 |
|
致谢 |
73-74 |
|
参考文献 |
74-78 |
|
研究成果 |
78 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.382327 |
