[发明专利]一种基于滑膜阻尼的大电容微惯性传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，涉及一种微惯性传感器，具体涉及一种基于滑膜阻尼的大电容微惯性传感器及其制作方法。 

背景技术

最近十几年来，用微机械技术制作的加速度计得到了迅速的发展。其主要的加速度检测技术有压阻检测、压电检测、热检测、共振检测、电磁检测、光检测、隧道电流检测和电容检测等。此外，还有一些基于别的检测技术的加速度计，如光加速度计、电磁加速度计、电容加速度计等。光加速度计的发展主要是为了结合光和微机械的优点，制作高电磁屏蔽或者好线性度的传感器。在这些传感器中，电容式加速度传感器，由于具有温度系数小，灵敏度高，稳定性好等优点，是目前研制得最多的一类加速度传感器。微机械电容式传感器的制作方法有表面微机械加工方法和体硅微机械加工方法。采用表面微机械加工工艺可以和集成电路工艺兼容，从而集成传感器的外围电路，成本低，但是传感器的噪声大、稳定性差，量程和带宽小。采用体硅微机械加工工艺可以提高传感器芯片的质量，从而降低噪声，改善稳定性，提高灵敏度。缺点是体积稍大，但可以制作出超高精度的微机械惯性传感器。为了得到较高的测量灵敏度和减小外围电路的复杂性，可以通过增加传感器振子的质量和增大传感器的静态测试电容的方法，从而减小机械噪声和电路噪声。而对于用体硅工艺如深反应粒子刻蚀(Deep RIE)加工的梳齿状的电容式传感器，其极板电容的深宽比一般小于30∶1，这就限制了传感器振子的质量增加和极板间距的减小。而对于小间距极板电容，其压膜空气阻尼较大，增大了传感器的机械噪声。减小该机械噪声的方法一是可以通过在极板上刻蚀阻尼条，二是把电容改为变面积的方式，使阻尼表现为滑膜阻尼，而减小电子噪声的方法之一便是通过增大检测电容。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于滑膜阻尼的大电容微惯性传感器及其制作方法，以制作工艺简单、灵敏度高、噪声小的电容式微惯性传感器。 

本发明提供的电容式微惯性传感器包括第一基板及其上表面的检测用交叉梳齿状固定对电极、固定于第一基板上的敏感器锚点、驱动器外部锚点、驱动器内部锚点、固定于第一基板上的矩形孤岛、第二基板的悬于第一基板上方的可沿纵向运动的敏感器质量块、将敏感器锚点和敏感器质量块相连的U形敏感器支撑梁、可沿横向运动的驱动器质量块、将驱动器外部锚点与驱动器质量块相连的驱动器第一折叠梁、将驱动器内部锚点与驱动器质量块相连的驱动器第二折叠梁、第二折叠梁上的电绝缘层、电绝缘层上的驱动导线和驱动导线引出电极。 

所述的敏感器质量块是由纵向等间距、横向平行的栅形电极、连接栅形电极的矩形边框和边框两侧设置的梳形可动电极组成。 

所述的梳形可动电极由n个等间距的梳齿和连接梳齿的矩形条组成，n≥1，梳齿与矩形条垂直设置；梳形可动电极在边框的每一侧分别对应组成两组硅条组，每组硅条组分别对应设置在边框的相应处，每组硅条组包括平行设置的m条梳形可动电极，m≥2，连接梳齿的矩形条与敏感器质量块侧边垂直。边框每侧一组的梳形可动电极沿敏感器质量块的横向中心线与同侧的另一组的对应梳形可动电极对称设置；边框一侧的一组硅条组与另一侧对应的硅条组沿敏感器质量块的纵向中心线对称设置。 

所述的敏感器锚点沿敏感器质量块的纵向中心线分别设置在敏感器质量块的两端，并通过敏感器支撑梁与敏感器质量块连接。 

所述的驱动器质量块与每组硅条组一一对应设置，驱动器质量块的与硅条组的对应一侧设置有m条和梳形可动电极形状相同的梳形固定电极，梳形可动电极和梳形固定电极的位置对应设置，梳形固定电极的梳齿与梳形可动电极的梳齿对应交叉设置。 

所述的驱动器第一折叠梁设置在驱动器质量块的远离敏感器质量块的一侧，每个驱动器质量块有两根第一折叠梁，其中一根驱动器第一折叠梁始于驱动器质量块的远离敏感器质量块的一侧一角，终于对应的驱动器外部锚点， 另一根第一折叠梁沿驱动器质量块的横向中心线与其对称设置； 

所述的驱动器质量块和梳形可动电极的对应侧的内部设置有矩形孔； 

所述的矩形孤岛、驱动器内部锚点和驱动器质量块相连接的驱动器第二折叠梁设置在矩形孔内；驱动器第二折叠梁设置在靠近敏感器质量块一侧，每个驱动器质量块有两根驱动器第二折叠梁，其中一根驱动器第二折叠梁始于矩形孔内侧对应一角，终于对应的驱动器内部锚点，另一根驱动器第二折叠梁沿驱动器质量块的横向中心线与其对称设置。矩形孤岛设置在远离敏感器质量块一侧；