AlN DETF谐振式加速度计设计

发布时间：2023-05-27 00:13

　　微机械谐振式加速度计(Micromechanical Resonant Accelerometer,MMRA)将被测加速度信号转换为谐振器的频率变化量,通过检测电路直接输出数字信号,避免了传统MEMS(Micro-electromechanical Systems)加速度计输出模拟信号易受干扰的缺点,具有高的灵敏度和分辨率。氮化铝(Aluminum Nitride,AlN)与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容,并且在一些极端环境下能够保持稳定的压电特性。因此,基于AlN的压电谐振式加速度计在国民经济和国防军事等领域有着重要的使用价值和广阔的应用前景。论文围绕AlN谐振式加速度计的结构设计展开,从理论分析出发,借助COMSOL有限元分析软件,设计了一种高性能AlN DETF谐振式加速度计。系统地分析了MMRA的工作原理,为后续AlN双端固支音叉(Double-ended Tuning Fork,DETF)谐振式加速度计的结构设计提供指导。建立了加速度计的力学模型;推导了振梁频率灵敏度的计算公式;设计了激励电极的图案...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 基本原理
        1.2.2 关键技术
            1.2.2.1 激励与检测方式
            1.2.2.2 改变刚度方式
        1.2.3 难点及解决方案
            1.2.3.1 温度特性
            1.2.3.2 组装与封装
        1.2.4 发展趋势
    1.3 主要研究内容
2 谐振式加速度计的理论分析
    2.1 工作原理
    2.2 力学模型
    2.3 谐振梁的理论分析
        2.3.1 谐振梁横向振动
        2.3.2 轴向力作用下的谐振频率
        2.3.3 电极分布
    2.4 本章小结
3 氮化铝谐振器的设计与分析
    3.1 谐振器的结构
    3.2 基于有限元方法的优化设计
    3.3 谐振器的结构参数
        3.3.1 灵敏度
        3.3.2 信号强度
        3.3.3 品质因数
            3.3.3.1 端部长度
            3.3.3.2 振梁间距
        3.3.4 谐振特性
    3.4 本章小结
4 加速度计整体结构设计与仿真
    4.1 设计目标
    4.2 微杠杆设计与分析
        4.2.1 理论分析
        4.2.2 微杠杆设计
    4.3 支撑梁
    4.4 加速度计整体结构仿真分析
        4.4.1 模态分析
        4.4.2 灵敏度分析
        4.4.3 热应力分析
        4.4.4 工作带宽
    4.5 本章小结
5 加速度计工艺设计
    5.1 工艺流程
        5.1.1 电极材料
        5.1.2 工艺流程
    5.2 版图设计
    5.3 本章小结
6 总结
    6.1 论文的主要工作
    6.2 论文的创新点
    6.3 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果



本文编号：3823533