CN205665264U - 一种高精度低g值SOI微加速度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高精度低g值SOI微加速度计，包括由上至下设置的结构层、绝缘层、衬底层和基底层，绝缘层设在结构层跟衬底层之间；该结构层上设有第一质量块、可动梳齿、固定梳齿以及金属引线电极，可动梳齿一端跟第一质量块连接，另一端为自由端，固定梳齿一端通过第一锚点分别跟绝缘层和基底层连接，另一端为自由端；可动梳齿跟固定梳齿相间构成平行板电容器；该衬底层上设有第二质量块、支撑梁，支撑梁的一端跟第二质量块连接，另一端通过第二锚点跟基底层连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种高精度低g值SOI微加速度计。
背景技术
一种高精度低g值SOI微加速度计在地震监测，石油勘探等方面具有广泛的应用，当前一般采用两种结构：“三明治”结构和“梳齿”结构。三明治结构，质量块不论是厚度还是面积都可以做得很大，因此检测电容面积大，噪声小，能够满足高精度测量的要求，但一般利用湿法腐蚀的加工方法，湿法腐蚀控制精度较差且需要额外的芯片面积以实现 54.5°斜槽（54.5°是到达 ( 111) 晶面所需要的角度），另外，还需要双面对准光刻和刻蚀，工艺相对比较复杂。“梳齿”式结构的微加速度计一般利用干法刻蚀以获得快的刻蚀速率和垂直的侧壁，尺寸控制精度高，芯片结构面积较小，但由于干法刻蚀深宽比的限制，其质量块厚度较小，检测电容的面积小，噪声较大，测量精度较低。如果通过增加面积来增大质量块，以及通过增加梳齿长度增大检测电容，一方面减少了整个硅片上器件的个数，另一方面由于硅片的翘曲度减小了器件的对称性，很难满足高精度测量的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有梳齿电容式微加速度计由于刻蚀深宽比的限制导致质量块重量轻的问题，提出了一种低g值SOI微加速度计。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种高精度低g值SOI微加速度计，包括由上至下设置的结构层、绝缘层、衬底层和基底层，绝缘层设在结构层跟衬底层之间；
该结构层上设有第一质量块、可动梳齿、固定梳齿以及金属引线电极，可动梳齿一端跟第一质量块连接，另一端为自由端，固定梳齿一端通过第一锚点分别跟绝缘层和基底层连接，另一端为自由端；可动梳齿跟固定梳齿相间构成平行板电容器；
该衬底层上设有第二质量块、支撑梁，支撑梁的一端跟第二质量块连接，另一端通过第二锚点跟基底层连接。
优选地，绝缘层包括二氧化硅。
优选地，质量块由第一质量块、第二质量块以及中间的绝缘层构成。
本实用新型的有益效果：本实用新型在不增加器件面积的情况下，增大器件质量块质量，能减小噪声，提高器件性能。
附图说明
图1是本实用新型高精度低g值SOI微加速度计一种实施例的纵剖面示意图；
图2 为本实用新型高精度低g值SOI微加速度计一种实施例的的结构原理示意图；
图3为图1中结构层上各功能单元结构示意图；
图4为图1中衬底层上各功能单元结构示意图。
图中：1-结构层，2-绝缘层，3-衬底层，4-基底层，5-锚点层，6-电极，11固定梳齿，12可动梳齿，13质量块，14支撑梁，15第一锚点，16第二锚点， 23第一质量块， 31第二质量块， 33第三锚点。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
一种高精度低g值SOI微加速度计，包括由上至下设置的结构层、绝缘层、衬底层和基底层，绝缘层设在结构层跟衬底层之间；
该结构层上设有第一质量块、可动梳齿、固定梳齿以及金属引线电极，可动梳齿一端跟第一质量块连接，另一端为自由端，固定梳齿一端通过第一锚点分别跟绝缘层和基底层连接，另一端为自由端；可动梳齿跟固定梳齿相间构成平行板电容器；
该衬底层上设有第二质量块、支撑梁，支撑梁的一端跟第二质量块连接，另一端通过第二锚点跟基底层连接。
如图1-4所示，本实用新型实施例的双层梳齿电容式微加速度计，包括结构层1、绝缘层2、衬底层3和基底层4构成，在结构层1和衬底层4上设置功能单元，衬底层3和基底层4通过锚点层5连接，结构层1与衬底层3通过绝缘层2连接，在结构层1上设置有电极6，结构层1和衬底层3上均设有质量块13。
该结构层上设有第一质量块23、可动梳齿12、固定梳齿11以及金属引线电极，可动梳齿12一端跟第一质量块23连接，另一端为自由端，固定梳齿11一端通过第一锚点15跟绝缘层，然后通过第三锚点33基底层连接，另一端为自由端；可动梳齿12跟固定梳齿11相间构成平行板电容器；
该衬底层上设有第二质量块31、支撑梁14，支撑梁14的一端跟第二质量块31连接，另一端通过第二锚点16跟基底层连接。
本实用新型装置的工作原理如下：在非测量状态时，质量块处于中间位置，上下梳齿间隙相等，形成的电容大小相等，输出信号为0，当有向上的加速度时，质量块在加速度作用下向上运动，质量块上部可动梳齿12与固定梳齿11间隙减小，电容增大，质量块下部可动梳齿12与固定梳齿11间隙增大，电容减小，同理，当有向下的加速度时，质量块上部可动梳齿12与固定梳齿11间隙增大，电容减小，质量块下部可动梳齿12与固定梳齿11间隙减小，电容增大，利用业已非常成熟的差分测量技术测量上下电容的差值大小及正负方向，可知加速度的大小和方向。
由于在衬底层上增加了较厚的质量块，质量块厚度根据设计要求而定，加速度计的噪声更低，可以提高加速度计的测量精度。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (3)
1.一种高精度低g值SOI微加速度计，其特征在于：包括由上至下设置的结构层、绝缘层、衬底层和基底层，绝缘层设在结构层跟衬底层之间；
该结构层上设有第一质量块、可动梳齿、固定梳齿以及金属引线电极，可动梳齿一端跟第一质量块连接，另一端为自由端，固定梳齿一端通过第一锚点分别跟绝缘层和基底层连接，另一端为自由端；可动梳齿跟固定梳齿相间构成平行板电容器；
该衬底层上设有第二质量块、支撑梁，支撑梁的一端跟第二质量块连接，另一端通过第二锚点跟基底层连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度低g值SOI微加速度计，其特征在于，绝缘层包括二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种高精度低g值SOI微加速度计，其特征在于，质量块由第一质量块、第二质量块以及中间的绝缘层构成。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105891545A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-08-24 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种高精度低g值SOI微加速度计 |
| CN109490576A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-19 | 成都力创云科技有限公司 | 一种基于soi的全差分电容式mems加速度计 |
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2016
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