[发明专利]具有平面内正交补偿的MEMS装置

说明书

MEMS装置包括质量系统，所述质量系统能够沿着驱动轴进行振荡驱动运动并沿着垂直于所述驱动轴的感测轴进行振荡感测运动。正交补偿单元包括固定和可移动电极，每个固定和可移动电极沿着所述驱动轴纵向取向。所述可移动电极耦合到所述质量系统。所述固定电极具有呈现第一阶梯式轮廓的第一边缘且所述可移动电极具有面向所述第一边缘的第二边缘，所述第二边缘呈现第二阶梯式轮廓。所述固定和可移动电极定位成紧邻配置，使得当所述可移动电极不进行振荡运动时，所述第一与第二边缘之间的间隙具有对应于所述第一和第二阶梯式边缘轮廓的变化宽度。

技术领域

本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)装置。更具体地说，本发明涉及用于例如角速率传感器等MEMS装置的平面内正交补偿。

背景技术

近年来，微机电系统(MEMS)技术已经实现广泛普及，因为它提供了一种制造极小的机械结构并使用常规分批半导体处理技术将这些结构与电气装置在单个基板上集成的方式。MEMS的一个常见应用是传感器装置的设计和制造。MEMS传感器装置广泛用于例如汽车、惯性引导系统、家用电器、比赛装置、用于各种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统等应用。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。可替代地被称作“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“振动速率陀螺仪”、“陀螺仪传感器”或“横摆速率传感器”，角速率传感器感测角速度或围绕一个或多个轴的速度。

在振动角速率传感器中，一个固有的问题是存在所不希望的干扰信号，所述干扰信号被称为正交运动或正交误差。正交运动被限定为驱动模式位移到角速率传感器的感测模式的直接耦合。通常，由于容许感测质量响应于驱动模式位移相对于感测轴振荡的制造缺陷，正交运动在振动角速率传感器中发生。这种振荡可能会与科氏加速度混淆，并随后可能会与旋转速率混淆。正交运动可使装置产生偏移误差、动态范围减小以及噪声增大。大的正交误差甚至可能会使装置轨道化(即，前端电路具有过多输入信号)，这使得装置不可用或迫使前端上的输入范围变得大，从而减小装置噪声性能。因此，将MEMS角速率传感器引入到高精确度、低功耗的市场中一直是个问题，其至少部分的原因是误差源，例如正交运动。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种MEMS装置，包括：

耦合到基板且在第一方向上纵向取向的固定电极，所述固定电极具有第一边缘，所述第一边缘呈现第一阶梯式边缘轮廓；以及

耦合到可移动质量系统的可移动电极，所述可移动电极在所述第一方向上纵向取向，所述可移动质量系统和所述可移动电极被配置成在所述第一方向上进行振荡运动，所述可移动电极具有面向所述第一边缘的第二边缘，所述第二边缘呈现第二阶梯式边缘轮廓，其中当所述可移动电极不进行所述振荡运动时，所述第一与第二边缘之间的间隙具有对应于所述第一和第二阶梯式边缘轮廓的变化宽度。

在一个或多个实施例中，所述固定和可移动电极彼此侧向隔开且大体上平行于所述基板的表面取向。

在一个或多个实施例中，所述第一边缘与所述第二边缘之间的所述间隙具有呈现第一宽度的第一区域和呈现第二宽度的第二区域，所述第二宽度小于所述第一宽度。

在一个或多个实施例中，呈现所述第一宽度的所述第一区域的第一长度按照所述振荡运动改变，且呈现所述第二宽度的所述第二区域的第二长度按照所述振荡运动改变。

在一个或多个实施例中，所述第一和第二宽度中的每一个不小于所述固定与可移动电极之间的最小可允许间距，使得所述固定和可移动电极定位成其间具有所述间隙的紧邻配置，所述最小可允许间距由用来形成所述固定和可移动电极的制造过程限定。

在一个或多个实施例中，所述固定电极是第一固定电极，所述间隙是第一间隙，且其中：

所述可移动电极具有与所述第二边缘相对的第三边缘；且