基于SOI的三轴MEMS微加速度计的设计与工艺研究
发布时间：2021-04-25 19:29
MEMS微加速度计普遍被用在惯性导航、导引、汽车气囊部署和运动控制系统等方面。基于电容传感的电容式MEMS加速度计具有较低的温度系数、功耗、制造成本以及可与传统集成电路相集成等优点。SOI硅片以其单晶特性良好、很容易加工出厚度很大的器件、很容易加工出具有高深宽比的结构、器件的机械稳定性良好、制造的器件的残余应力比较小以及器件的后续工艺更简单等的优点在传感器领域中获得普遍青睐。结合研究背景和现状,本论文把基于SOI的三轴MEMS微加速度计为研究对象,先后对微加速度计的结构设计、模型建立、仿真分析和加工工艺做出了研究。具体的研究如下:首先是介绍了MEMS技术,然后介绍了SOI技术以及SOI技术在微加速度计领域的优点。之后对各个不同种类基于不同传感原理的微加速度计进行比较。其次对于不同传感原理的微加速度计在国内外研究发展现状做了简单介绍。最后解释了本文选择基于SOI的三轴MEMS微加速度计这一课题作为研究对象的原因,并说明了本文的选择此研究对象的研究意义。然后分析了微加速度计的基本原理,分析了采用差分电容的电容式微加速度计对应的平行板电容器模型,研究了微加速度计的弹性梁结构和梳齿电容的结构,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 微机电系统
1.1.2 SOI技术
1.1.3 微加速度计的分类
1.2 国内外研究现状
1.3 研究意义
1.4 本文主要内容
第二章 微加速度计工作原理
2.1 加速度计基本原理
2.2 电容式微加速度计原理
2.3 设计的加速度计原理
2.3.1 弹性梁结构
2.3.2 定齿均置结构和定齿偏置结构
2.3.3 设计的加速度计结构
2.3.4 设计的加速度计数学模型
2.4 本章小结
第三章 微加速度计结构仿真
3.1 有限元分析法和有限元仿真软件ANSYS
3.1.1 有限元分析法
3.1.2 ANSYS Workbench19.1 简介
3.2 微加速度计结构建模
3.3 微加速度计的结构静力学分析
3.3.1 灵敏度分析
3.3.2 线性度分析
3.3.3 量程分析
3.4 微加速度计的结构动力学分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 谐响应分析
3.5 微加速度计梁结构仿真分析
3.6 本章小结
第四章 微加速度计加工工艺研究
4.1 设计的MEMS微加速度计工艺流程
4.2 MEMS微加速度计的掩膜版设计
4.3 重要工艺步骤研究
4.3.1 硅片清洗
4.3.2 掺硼扩散
4.3.3 生长氧化硅薄膜的工艺
4.3.4 电子束蒸发镀膜工艺
4.3.5 光刻工艺
4.3.6 干法刻蚀工艺
4.3.7 腐蚀铝的工艺研究
4.4 本章小结
第五章 全文总结及展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]IMUN S001惯性系统模块 深迪半导体（上海）有限公司[J]. 传感器世界. 2019(01)
[2]掌握核“芯”科技,致力于MEMS器件与系统研发——河北美泰电子科技有限公司 潘亘主任[J]. 传感器世界. 2017(09)
[3]MXC400xXC单片集成三轴加速度计 美新半导体（无锡）有限公司[J]. 传感器世界. 2014(12)
[4]一种低噪声MEMS加速度计设计与制作[J]. 宋萌,常洪龙,杜松杰,谢建兵,李鹏程. 传感器与微系统. 2014(09)
[5]基于变分优化法的梯形直肋散热板优化设计[J]. 曹茹. 热科学与技术. 2013(01)
[6]Z轴完全差分电容式加速度传感器设计分析[J]. 许高斌,韩成成,陈兴. 微纳电子技术. 2012(12)
[7]不等高梳齿电容式三轴MEMS加速度传感器[J]. 许高斌,朱华铭,陈兴. 电子测量与仪器学报. 2011(08)
[8]光敏聚酰亚胺牺牲层工艺研究[J]. 彭自求,王军,袁凯,何峰,蒋亚东. 微处理机. 2010(05)
[9]微型惯性测量组合[J]. 丁衡高. 仪器仪表学报. 1996(S1)
硕士论文
[1]梳齿式微机械加速度计加工工艺研究[D]. 张文婷.华中科技大学 2015
[2]双螺杆泵螺杆转子结构设计及性能分析与优化[D]. 陈盼盼.天津理工大学 2015
[3]新型Z轴差分电容式加速度传感器研究[D]. 韩成成.合肥工业大学 2013
[4]基于SOI技术的MEMS惯性加速度计的设计与优化[D]. 赵文静.电子科技大学 2010
[5]变面积差分电容式微机械加速度传感器的建模仿真[D]. 李元元.吉林大学 2007
本文编号：3159959
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 微机电系统
1.1.2 SOI技术
1.1.3 微加速度计的分类
1.2 国内外研究现状
1.3 研究意义
1.4 本文主要内容
第二章 微加速度计工作原理
2.1 加速度计基本原理
2.2 电容式微加速度计原理
2.3 设计的加速度计原理
2.3.1 弹性梁结构
2.3.2 定齿均置结构和定齿偏置结构
2.3.3 设计的加速度计结构
2.3.4 设计的加速度计数学模型
2.4 本章小结
第三章 微加速度计结构仿真
3.1 有限元分析法和有限元仿真软件ANSYS
3.1.1 有限元分析法
3.1.2 ANSYS Workbench19.1 简介
3.2 微加速度计结构建模
3.3 微加速度计的结构静力学分析
3.3.1 灵敏度分析
3.3.2 线性度分析
3.3.3 量程分析
3.4 微加速度计的结构动力学分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 谐响应分析
3.5 微加速度计梁结构仿真分析
3.6 本章小结
第四章 微加速度计加工工艺研究
4.1 设计的MEMS微加速度计工艺流程
4.2 MEMS微加速度计的掩膜版设计
4.3 重要工艺步骤研究
4.3.1 硅片清洗
4.3.2 掺硼扩散
4.3.3 生长氧化硅薄膜的工艺
4.3.4 电子束蒸发镀膜工艺
4.3.5 光刻工艺
4.3.6 干法刻蚀工艺
4.3.7 腐蚀铝的工艺研究
4.4 本章小结
第五章 全文总结及展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]IMUN S001惯性系统模块 深迪半导体（上海）有限公司[J]. 传感器世界. 2019(01)
[2]掌握核“芯”科技,致力于MEMS器件与系统研发——河北美泰电子科技有限公司 潘亘主任[J]. 传感器世界. 2017(09)
[3]MXC400xXC单片集成三轴加速度计 美新半导体（无锡）有限公司[J]. 传感器世界. 2014(12)
[4]一种低噪声MEMS加速度计设计与制作[J]. 宋萌,常洪龙,杜松杰,谢建兵,李鹏程. 传感器与微系统. 2014(09)
[5]基于变分优化法的梯形直肋散热板优化设计[J]. 曹茹. 热科学与技术. 2013(01)
[6]Z轴完全差分电容式加速度传感器设计分析[J]. 许高斌,韩成成,陈兴. 微纳电子技术. 2012(12)
[7]不等高梳齿电容式三轴MEMS加速度传感器[J]. 许高斌,朱华铭,陈兴. 电子测量与仪器学报. 2011(08)
[8]光敏聚酰亚胺牺牲层工艺研究[J]. 彭自求,王军,袁凯,何峰,蒋亚东. 微处理机. 2010(05)
[9]微型惯性测量组合[J]. 丁衡高. 仪器仪表学报. 1996(S1)
硕士论文
[1]梳齿式微机械加速度计加工工艺研究[D]. 张文婷.华中科技大学 2015
[2]双螺杆泵螺杆转子结构设计及性能分析与优化[D]. 陈盼盼.天津理工大学 2015
[3]新型Z轴差分电容式加速度传感器研究[D]. 韩成成.合肥工业大学 2013
[4]基于SOI技术的MEMS惯性加速度计的设计与优化[D]. 赵文静.电子科技大学 2010
[5]变面积差分电容式微机械加速度传感器的建模仿真[D]. 李元元.吉林大学 2007
本文编号：3159959
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