[发明专利]加速度和角速度谐振检测集成结构及相关MEMS传感器设备

说明书

本公开涉及一种集成检测结构和包括该集成检测结构的电子设备。集成检测结构包括：第一惯性质量体和第二惯性质量体，每个惯性质量体弹性地锚定到基板并且具有沿着第一水平轴的线性运动、绕着与第二水平轴平行的第一旋转轴的第一旋转检测运动和沿着第二水平轴的第二平移检测运动；驱动电极，引起惯性质量体在第一水平轴的相反方向上的线性运动；成对挠曲谐振器元件和成对扭转谐振器元件，弹性耦合到惯性质量体，挠曲谐振器元件具有绕着相互平行并且与第一旋转轴平行的第二旋转轴和第三旋转轴的谐振旋转运动。

分案申请说明

本申请是申请日为2013年9月27日、申请号为201310463706.7的发明专利申请(名称为“加速度和角速度谐振检测集成结构及相关MEMS传感器设备”)的分案申请。

技术领域

本公开内容涉及一种加速度和角速度谐振检测集成结构，并且涉及一种所谓MEMS(微机电系统)类型的相关传感器设备。

背景技术

正如所知，已经提出MEMS加速度计和陀螺仪，并且由于它们的高紧凑性、它们的减少的消耗水平和它们的良好电性能而在广泛应用环境中(例如在便携电子装置领域中)用于惯性导航应用、用于创建用户接口或者总体用于检测在三维空间中的移位。

具体而言，已经提出用表面微加工技术制作的谐振微传感器，这些传感器使外部量的检测基于在谐振中设置的一个或者多个元件的频率变化。谐振检测与其它测量技术相比具有赋予直接频率输出、准数字类型、高灵敏度和宽动态范围的优点。

在谐振加速度计中，待测量的外部加速度产生集成机械检测结构的一个或者多个谐振器元件的谐振频率的可检测移位。谐振器元件可以由集成检测结构的整个惯性质量体(测试质量体或者自由质量体，所谓“验证质量体”)、由其某一部分或者由耦合到惯性质量体的不同元件构成。

根据集成检测结构的配置，在惯性质量体移位时谐振器元件中的轴向应力或者相同谐振器元件受到的所谓“电刚度(electrical stiffness)”的变化的存在可以引起谐振频率的变化。

例如在以下文献中描述如下谐振加速度计，这些谐振加速度计的操作原理基于对由于谐振器元件中的轴向应力所致的谐振频率的变化的检测：

D.W.Bruns,R.D.Horning,W.R.Herb,J.D.Zook,H.Guckel “Resonant microbeamaccelerometers”,Proc.Transducers 95,Stockholm,Sweden,June 25-29,659-662(1995)；以及

R.Zhu,G.Zhang,G.Chen“A novel resonant accelerometer based onnanoelectromechanical oscillator”,Proc.MEMS 2010,Hong Kong,440-443(2010)。

例如在以下文献中描述如下谐振加速度计，这些谐振加速度计的操作原理代之以基于对由于电刚度的变化所致的谐振频率的变化的检测：

B.Lee,C.Oh,S.Lee,Y.Oh,K.Chun,“A vacuum packaged differential resonantaccelerometer using gap sensitive electrostatic stiffness changing effect”,Proc.MEMS 2000；以及

H.C.Kim,S.Seok,I.Kim,S-D.Choi,K.Chun,“Inertial-grade out-of-plane andin-plane differential resonant silicon accelerometers(DRXLs)”,Proc.Transducers‘05,Seoul,Korea,June 5-9,172-175(2005)。