文档介绍：电子科技大学
博士学位论文
基于SOI的电容式微加速度计器件物理模型与实验研究
姓名:戴强
申请学位级别:博士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:杨谟华
20100622
大变形模型。通过对基于器件层厚趸愫岬键合母媒峁菇摘要行测量,结果表明该模型基本能描述器件层存在应力时的变形。与动定电极间距谋浠媛沙龇ⅲ⒔岷掀骷阌αμ荻鹊贾碌粤焊斩鹊母输出电压的增加而减小至吸合点;由偷粤焊斩扔朊舾兄柿靠橹柿恐任基于微机械工艺的电容式微加速度计因其体积小、功耗低、灵敏度高和方便与电路集成等优点,已成为民用工业与国防航空航天惯性导航领域的关键部件和研究热点。其中,在基于奈⒓铀俣燃破骷阌αρ芯俊⒖;纺J椒窍咝阅型、跨机械、热、电场领域的一体化仿真方法与模型和梳齿加工偏差对性能的作用诸领域尚有待突破与创新。本论文针对当前电容式微加速度计有待解决的理论技术问题,展开了器件层的应力分析和实验、开环工作模式非线性研究,对集成一体化仿真予以了探索,进行了加工误差与性能的关系研究。治隽薙器件层中存在的各种应力,及这些应力对微加速度计敏感质量块结构变形的作用,进行了实验,提出了一种支撑结构,导出了该支撑结构的最萘ρЮ砺酆偷缏范脸鲈恚攵钥;纺J椒窍咝晕蟛畲蠛蚐器件层存在应力梯度的特点,从非线性特性中最大可测量加速度、初始工作点和吸合点变,提出了电容式微加速度计非线性模型。模型指出,随着输出电压的增加,可测量加速度近似成线性增加,在靠近最大可测量加速度时斜率增大,其后随决定,且淖饔糜庞贏,在计入器件层应力梯度后,可测量加速度范围将增大;谛∮诔跏脊ぷ鞯闶奔铀俣燃撇荒芄ぷ鳎玫阌纱ǜ型凡问决定且叩最佳取值范围为”,此时准静态条件下吸合点大于整个动电极行程的%。蚆⒓铀俣燃粕婕盎怠⒌绾腿鹊榷辔锢砹煊蚯樾危诹ρА⑷学、电学理论和微加速度计工作原理,依据微加速度计中骷阌αμ荻取温度与气膜阻尼的关系,用电压形式描述了气体阻尼、应力梯度、温度和机械结构运动微分方程,并与偏置电压产生的静电力相联系,提出了突破中间电极小位移近似的接口电路模型,从而实现了微加速度计的一体化仿真。通过与文献实验数据和相关理论结果进行比较,表明该模型能较好地应用于微加速度计的一体化仿真。摘要
汲隽说ケ叩缛莺退ū叩缛萸墓栉⒓铀俣燃瞥寤饔虢自拘藕畔煊ξ理模型。经过有限元仿真和瓹模拟验证,结果表明理论模型与仿真值之攵晕⒒倒ひ占庸た赡芤鸬氖岢菁渚嘤氚嫱忌杓浦档钠ú睿痈怕释计和加工误差理论出发,给出了当各梳齿间距偏差在一定范围内独立且均匀分布时,电容式微加速度计电容与静电力模型、灵敏度模型和加速度信号为冲击与阶跃时的响应三物理模型。缛萦刖驳缌δP捅砻鳎缛莺途驳缌@喔咚狗植迹窃谝欢ㄇ段出现的可能性可由其准期望和准方差确定,该准期望与无加工误差情况相比有小于サ钠疲蛔挤讲钜览涤谑岢菔亢褪岢菁庸の蟛睿笔岢菔坑龃到时,电容与静电力分布准方差分别增大约逗蚻倍,=咏差小于%。模型指出,当梳齿间距偏差由浠ィ铀俣燃圃谑艿匠寤与阶跃加速度信号作用时,其可靠工作范围将比无偏差理想情况下降%~%。⒘丝擅枋隽槊舳绕ú罡怕实哪P汀8媚P陀胪ü硪煌揪锻臣品椒的仿真验证结果相差小于%。模型表明,当偏差约为%时,灵敏度减小%的概率系%,而其增大サ母怕试ィ煌保笔岢菔吭叫。灵敏度偏差概率越大,在梳齿数目小于时,灵敏度减小%的概率约%,但当梳齿数目增大到保酶怕始跣〉プ笥摇关键词:⒓铀俣燃疲骷锢砟P停窍咝阅P停惶寤抡婺P摘要
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第一章绪论汽车电子、武器装备、航空航天等领域具有广泛的应用前剽纠。,由于其潜在的广大应用前景,近年来取得了飞速发展并成为研究熟点环和闭环两种工作模式。表面工艺的优势在于能方便地和电路工艺集成,并且在不使工艺复杂化的情从而灵敏度低,机械热噪声大。表面牺牲层工艺发展的另一特点是多层化,由于控制和防粘附等方面。以微纳加工工艺为基础,在硅上加工出不同结构,具有不同功能的微纳机械【F渲校⒒档缛菔郊铀俣燃埔蛭A槊舳雀撸咝远群茫弑父呒啥榷工艺而言有体工艺、表面工艺和新兴的ひ铡緇孓>凸ぷ髂J蕉郏治?虽然基于微电子工艺的电容式微加速度计近年来已经得到了国际上众多学者的研究并成为热点,但是,在基于奈⒓铀俣燃瓶;饭ぷ髂J椒窍咝阅P停跨机械、热、电场领域的一体化仿真方法与模型,器件层应力研究和梳齿加工偏差对微加速度计性能的作用等诸领域尚有待突破与创新。