KR20130132900A

KR20130132900A - 모드-매칭된 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 그리고 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130132900A
Application number: KR1020137017584A
Authority: KR
Inventors: 파로크 아야지; 왕경 성; 모하마드 파이살 자만
Original assignee: 조지아 테크 리서치 코포레이션
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-12-05
Also published as: EP2649458B1; CN105021178A; EP2649458A1; WO2012078520A1; IL226791B; US9726489B2; JP2014500502A; EP2649458A4; CA2820580A1; US20130283911A1; CN105021178B; CN103348252B; JP6313044B2; CN103348252A

Abstract

본 발명에 따른 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치는 공진 본체 부재 그리고 각각의 측방 용량 공기 간극 및 수직 용량 공기 간극만큼 공진 본체 부재에 각각 용량 결합되는 제1 및 제2 전극을 포함한다. 제1 전극의 측방 용량 공기 간극 중 하나의 폭은 수직 용량 공기 간극보다 실질적으로 작다. 제2 전극의 수직 용량 공기 간극 중 하나의 폭은 측방 용량 공기 간극보다 실질적으로 작다. 청구된 장치는 정전 조정 방법에 의해 수직 및 측방 치수 변화 등의 공정 변화를 다룰 수 있다.

Description

모드-매칭된 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 그리고 그 제조 방법{MODE-MATCHED SINGLE PROOF-MASS DUAL-AXIS GYROSCOPE AND METHOD OF FABRICATION}

본 발명은 이중-축 자이로스코프 특히 모드-매칭된 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프에 관한 것이다.

삼중-축 자이로스코프(tri-axial gyroscope)는 정확한 위치 설정을 위한 다중-차원 운동 인식(multi-dimensional motion recognition)을 요구하는 모바일 폰(mobile phone), 개인용 내비게이션 보조 장치(personal navigation aid), 스마트 사용자 인터페이스(smart user interface) 및 게이밍 콘트롤러(gaming controller) 등의 핸드헬드 장치(handheld device)에서 그 사용이 빈번해지고 있다. 대부분의 종래 기술의 진동 자이로스코프(vibratory gyroscope)는 각각의 축의 속도 측정을 위한 별개의 검사 질량체를 이용한다. 각각의 축의 속도 측정을 위한 별개의 검사 질량체를 갖는 것은 진동 자이로스코프의 크기 및 질량을 증가시킨다. 진동 자이로스코프의 크기 및 질량을 감소시키려는 노력이 수행되었지만, 진동 자이로스코프를 더 작고 더 가볍게 제조하려는 부단한 요구가 존재한다.

따라서, 각각의 축의 속도 측정을 위한 별개의 검사 질량체를 요구하지 않는 진동 자이로스코프에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 고-주파수 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프의 설계, 제조 및 특성화에 관한 것이다. 대체로 환형 자이로스코프(annulus gyroscope)로서 여기에서 불리는 개시된 중공-디스크 피치-롤 자이로스코프(hollow-disk pitch-and-roll gyroscope)는 대략 900 ㎑에서 일어나는 환형 구조체의 면내 및 면외 공진 모드(in-plane and out-of-plane resonance mode)의 조합을 갖는 모드-매칭된 조건 하에서 동작된다. 이중-축 자이로스코프는 실리콘-절연체(SOI: Silicon-on-Insulator) 웨이퍼 또는 단결정 실리콘(SCS: single crystal Silicon) 웨이퍼 등의 기판의 두께 및 측방 치수 변화 등의 공정 비-이상성의 존재 하에서 모드-매칭[즉, 0 ㎐의 주파수 스플릿(frequency split)]을 성취하기 위해 면내 및 면외 공진 모드의 정전 주파수 조정(electrostatic frequency tuning)을 가능케 하는 제어 전극을 갖는다. 실시예들에 따르면, 장치는 127 ㎶/deg/sec 및 214 ㎶/deg/sec의 x-축 및 y-축 속도 감도를 각각 나타낼 수 있다. 대략 10,000의 높은 양호도(Q: quality factor)가 면내 구동 및 면외 감지 공진 모드를 위한 진공부 내에서 관찰될 수 있다. 장치는 변형된 버전의 높은 종횡비의 조합 다결정 및 단결정 실리콘 미세 기계 가공(HARPSS: high aspect-ratio combined poly- and single-crystal silicon micromachining)을 사용하여 실시되고, 그에 의해 요 디스크 자이로스코프(yaw disk gyroscope)와 합체될 때에 단일-칩 삼중-축 실시를 가능케 한다.

본 발명의 하나의 태양에 따르면, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치는 공진 본체 부재, 적어도 1개의 제1 전극 그리고 적어도 1개의 제2 전극을 포함한다. 실시예들에 따르면, 공진 본체 부재는 상부 표면 및 측부 표면을 갖는다. 공진 본체 부재의 상부 표면은 제1 수직 용량 공기 간극만큼 제1 전극으로부터 분리되고, 공진 본체의 측부 표면은 제1 측방 용량 공기 간극만큼 제1 전극으로부터 분리된다. 제1 수직 용량 공기 간극은 제1 측방 용량 공기 간극보다 실질적으로 크다. 더욱이, 공진 본체 부재의 상부 표면은 제2 수직 용량 공기 간극만큼 제2 전극으로부터 분리되고, 공진 본체 부재의 측부 표면은 제2 측방 용량 공기 간극만큼 제2 전극으로부터 분리된다. 제2 수직 용량 공기 간극은 제2 측방 용량 공기 간극보다 실질적으로 작다. 제1 수직 용량 공기 간극 및 제2 측방 용량 공기 간극은 대략 5 ㎛일 수 있다. 제1 측방 용량 공기 간극은 대략 200 ㎚일 수 있고, 제2 수직 용량 공기 간극은 대략 300 ㎚일 수 있다.

또 다른 태양에 따르면, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치를 제조하는 방법은 상부 표면 및 측부 표면을 갖는 공진 본체 부재를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 수직 용량 공기 간극보다 실질적으로 작은 제1 측방 용량 공기 간극만큼 공진 본체 부재의 측부 표면으로부터 분리되는 측부 전극이 형성된다. 제2 측방 용량 공기 간극보다 실질적으로 작은 제2 수직 용량 공기 간극만큼 공진 본체 부재의 상부 표면으로부터 분리되는 상부 전극이 형성된다.

또 다른 태양에 따르면, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치는 공진 본체 부재 그리고 각각의 측방 용량 공기 간극 및 수직 용량 공기 간극만큼 공진 본체 부재에 각각 용량 결합되는 제1 및 제2 전극을 포함한다. 제1 전극의 측방 용량 공기 간극 중 하나의 폭은 제1 전극의 수직 용량 공기 간극 중 하나의 폭보다 작다. 마찬가지로, 제2 전극의 수직 용량 공기 간극 중 하나의 폭은 제2 전극의 측방 용량 공기 간극 중 하나의 폭보다 작다. 제1 및 제2 전극은 그 사이에 절연 층을 도입함으로써 동일한 위치에 형성될 수 있다.

또 다른 태양에 따르면, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치는 공진 본체 부재 그리고 측방 용량 공기 간극 및 수직 용량 공기 간극만큼 공진 본체 부재에 각각 용량 결합되는 복수개의 전극을 포함한다.

본 발명의 실시예가 예시로 도시되어 있고, 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프의 사시도를 도시하고 있다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 면내 구동 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모델을 도시하고 있다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 면외 x-축 감지 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모델을 도시하고 있다.
도 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 면외 y-축 감지 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모델을 도시하고 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 도4 d에 도시된 공진기 구조체로부터 분리된 측부 전극의 확대도를 도시하고 있다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 도4 d에 도시된 공진기 구조체로부터 분리된 상부 전극의 확대도를 도시하고 있다.
도 4a-d는 본 발명의 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프를 제조하는 공정의 시각적 표현이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 3a 및 3b 그리고 도 4a-d에 도시된 것과 같은 이중-축 환형 자이로스코프를 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방출 구멍(release hole) 및 선택적으로-형성된 전극 영역을 갖는 이중-축 자이로스코프의 상부 사시도를 도시하는 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 7a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 자이로스코프의 진동 질량체 그리고 상부 전극의 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 자이로스코프의 진동 질량체 그리고 측부 전극의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프의 두께 및 측방 치수 변화에 대한 ANSYS 시뮬레이션 결과의 그래픽 표현이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프의 측정된 감지 모드 조정성(measured sense mode tunability)에 대한 결과의 그래픽 표현이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프의 측정된 구동 모드 조정성에 대한 결과의 그래픽 표현이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 진동 공진기의 주어진 면내 및 면외 운동을 갖는 측부 전극 및 상부 전극으로부터의 측정된 상당한 신호 강도 차이에 대한 결과의 그래픽 표현이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 Q-인자와 압력 사이의 관계를 도시하는 측정된 결과의 그래픽 표현이고; 인자 변화는 도 12에 도시된 것과 같이 구동 모드, x-축 모드 및 y-축 모드에 대해 각각 7.2%, 16.5% 및 15.12%이다.
도 13a-b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 자이로스코프의 측정된 속도 감도를 도시하는 그래프를 도시하고 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 앨런 분산 측정치(Allan variance measurement)를 도시하는 그래프를 도시하고 있다.
도 15a-g는 다양한 예시의 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모드를 도시하고 있고, 각각, 도 15a, 15b, 15c 및 15d는 n=2, 3, 4 및 5의 면외 모드이고, 도 15e, 15f 및 15g는 m=2, 3 및 4의 면내 모드이다.

여기에서의 기술은 동시 이중-축(예컨대, x-축 및 y-축) 피치-롤 속도 감지 을 위한 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치의 설계, 제조 및 특성화에 관한 것이다. 자이로스코프는 기존의 자이로스코프보다 전형적으로 1 차수 내지 3 차수만큼 높은 주파수에서 동작된다. 이러한 높은 동작 주파수 및 높은 양호도의 장치는 그 낮은 주파수 대응부보다 여러 차수만큼 낮은 주파수까지 브라운 노이즈 플로어(Brownian noise floor)를 감소시키고, 그에 의해 장치가 100 ㎐ 이상의 동작 대역폭을 유지하면서 높은 해상도를 유지하게 한다. 개시된 장치는 상승된 감도를 위해 1개의 면내 및 2개의 면내 공진 모드 또는 2개의 면내 및 1개의 면외 공진 모드의 조합을 채용할 수 있다. 이들 공진 모드는 대략 동일한 주파수에서 모드-매칭된다. 공정 변화의 존재 하에서 높은 제조 수율을 구현하기 위해, 개시된 장치는 각각의 공진 모드에 대해 넓은-주파수 조정성을 보유할 수 있다. 변형된 버전의 높은 종횡비의 조합 다결정 및 단결정 실리콘 미세 기계 가공(HARPSS) 공정이 장치 주파수 조정성을 넓히고 향상시키는 데, 면내 구동 및 면외 감지 공진 모드들 사이의 신호 격리를 개선하는 데 그리고 감지 전극을 통해 급송되는 직각 신호 성분(quadrature signal component)의 크기를 최소화하는 데 이용된다.

본 발명은 도면과 연계하여 읽혀져야 하는 다음의 설명을 통해 더 완전히 이해될 것이다. 이러한 설명에서, 동일한 도면 부호는 본 발명의 다양한 실시예 내에서 유사한 요소를 나타낸다. 이러한 설명 내에서, 특허청구범위가 실시예에 대해 설명될 것이다. 당업자라면 여기에서 설명된 방법, 장치 및 시스템이 단지 예시이고, 변형이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

이제부터 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프의 사시도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치(100)는 지지 구조체(140)에 의해 공진기 본체(102)에 연결되는 중심 구조체(101)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 공진기 본체(102)는 빔-형상의 지지 구조체(beam-shaped support structure)일 수 있는 지지 구조체(140)에 의해 현수 또는 지지된다. 중심 구조체(101)는 편극 바이어스 전압을 가하는 지지 고정부 또는 위치부(support anchor or location)로서 작용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 중심 구조체(101)는 양 또는 음의 DC 전압 중 어느 한쪽만큼 공진기 본체(102)를 편의시키기 위해 편극 DC 전압을 위한 연결 패드를 제공한다. 공진기 본체(102)는 공진되도록 구성되지만, 중심 구조체(101)는 동작 중에 공진되지 않을 수 있다.

공진기 본체(102)는 중심 구조체(101)를 포위하도록 된 크기를 갖는 환형부일 수 있다. 일부 실시예에서, 환형부는 그 대칭 축에 대해 원형 또는 주기적으로 반복된 구조체일 수 있다. 중심 구조체(101)에 공진 본체(102)를 연결하는 지지 구조체(140)는 종횡비 면에서 제한을 갖지 않을 수 있다. 나아가, 도 1에 도시된 것과 같은 지지 구조체(140) 내의 구멍이 제조 공정에 따라 도입되거나 그렇지 않을 수 있다. 추가로, 자이로스코프는 100 ㎑ 초과의 공진 주파수에서 동작될 수 있고, 공진 본체(102)의 반경 방향 치수 및 두께에 따라 10 ㎒의 공진 주파수에 도달될 수 있다. 공진기 본체(102)는 대략 동일한 수치인 면내 공진 모드 및 면외 공진 모드를 추가로 포함할 수 있다.

공진기 본체(102)는 실리콘, 폴리실리콘, 금속, 압전 재료, 중합체 또는 이들의 임의의 조합으로부터 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 공진기 본체(102)는 상부 표면, 저부 표면 그리고 공진기 본체(102)의 주연부 주위에서 연장되는 측부 표면을 갖는다. 일부 실시예에서, 공진기 본체(102)는 환형 또는 다각형일 수 있다. 공진기(102)는 중공 또는 중실일 수 있고, 공진기 본체(102)는 일부 실시예에서 실리콘-절연체 기판 또는 단결정 실리콘 기판의 핸들 층(handle layer)(104)에 의해 지지될 수 있다.

이중-축 속도 감도를 구현하기 위해, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치(100)는 x-축 및 y-축 모드로서 여기에서 각각 언급되는 1개의 면내 타원형 구동 모드 그리고 2개의 직교 면외 감지 모드를 이용하도록 설계된다. 동시 이중-축 피치-롤 속도 변화를 감지하기 위해, x-축 및 y-축 중 적어도 하나의 파복(anti-node)에 정렬되는 파복 중 적어도 하나가 이용될 수 있다. 이와 같이, 짝수개의 모드가 이중-축 피치-롤 속도 감지 또는 피치-롤 각도 감지의 구동 모드에 사용될 수 있다. 따라서, m = 2, 4, 6 등의 짝수개의 모드가 구동 모드로서 이용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 면내 타원형 구동 모드 또는 와인 글래스 모드(wine glass mode)가 이용될 수 있다. 추가로, 구동 모드는 면외 모드일 수 있고, 감지 모드는 면내 모드일 수 있다. 면내 타원형 구동 모드는 +X, -X, +Y, -Y 방향 중 적어도 하나 내에 정렬되는 다수배의 4개의 파복을 가질 수 있다.

다양한 실시예에서, Si <100> 기판은 90˚의 그 주기 탄성 때문에 이용된다. 하나의 면내 모드가 Si <100> 방향에 정렬될 수 있고, 다른 면내 모드는 Si <110> 방향에 정렬될 수 있다. 이들 2개의 모드는 서로로부터 45˚만큼 떨어져 있다. 다양한 실시예에서, Si <100> 방향으로 정렬된 면내 모드는 Si <110> 방향으로 정렬된 다른 모드보다 낮은 주파수를 가질 수 있고, 그에 의해 다른 면외 감지 모드 주파수와 모드-매칭되는 것을 용이하게 한다. 추가로, Si <110> 방향으로 정렬된 다른 구동 면내 모드가 또한 구동 모드로서 사용될 수 있다. Si <110> 기판을 포함하는 다른 이방성 기판이 또한 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 추가로, 적절한 직각 신호 성분 오차 소거 방법(quadrature error cancellation scheme)을 채용할 때에, Si <111> 기판 등의 등방성 기판이 또한 사용될 수 있다.

장치(100)는 장치가 위치되는 (도시되지 않은) 저부 지지 부재 그리고 복수개의 전극을 포함할 수 있다. 장치(100)는 공진기 본체(102)의 측부 표면에 용량 결합되는 기판의 Si <100> 방향으로 위치되는 구동-입력 전극(drive-in electrode)(112)으로부터 작동될 수 있다. 공진기 본체(102)의 측부 표면에 용량 결합되는 구동-출력 전극(drive-out electrode)(114)이 면내 구동 출력 신호를 감시하도록 구성된다. 면내 구동 모드는 x-축 및 y-축과 정렬되는 파복을 갖는다. 가해진 피치-롤 회전이 면외 결합을 유발하고, 그에 의해 공진기(102)의 상부 표면에 용량 결합되는 1개 이상의 감지 전극에서의 용량 공기 간극 변화를 통해 차동 출력 전류(differential output current)를 발생시킨다. 용량 간극은 공기, 에폭시, 중합체, 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물의 화합물 또는 이들의 임의의 조합 등의 비전도성 재료로부터 제조될 수 있다. 출력 신호의 차동 감지를 위해, Ω_x ^- 감지 전극(122), Ω_x ⁺ 감지 전극(124), Ω_y ^- 감지 전극(132) 및 Ω_y ⁺ 감지 전극(134)을 포함하는 4개의 감지 전극은 전극들이 면외 모드의 파복의 상부 상의 영역에 근접할 수 있는 방식으로 형성된다. 파복은 정상파 내에 존재하는 변위의 진폭이 최대인 지점으로서 정의될 수 있다. 예시 실시예에서, 면외 모드의 파복은 모드가 +Z 축 또는 -Z축을 향해 최대 변위를 갖는 지점이다. 공진기 본체(102)를 작동시키도록 구성된 구동 전극은 (100) 실리콘 기판에 의해 이용될 때에 실리콘 기판의 <100> 및 <110> 방향 중 적어도 하나 내에 위치될 수 있다. 그러나, 장치가 (111) 실리콘 기판으로부터 제조될 때에, 작동/검출 방향은 이방성의 실리콘 배향에 의해 제한되지 않을 수 있다.

단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치(100)는 구동 조정 전극(116, 118), Ω_x 조정 전극(126, 128) 및 Ω_y 조정 전극(136, 138)을 추가로 포함할 수 있다. 이들 조정 전극은 모드의 주파수를 편이하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 조정 전극은 정전 조정 방법을 사용하여 모드의 주파수를 조정하도록 면외 모드의 파복에 배열된다. 일반적으로 말하면, 정전 조정은 '전기 강성(electrical stiffness)'을 상승시킴으로써 발생되는 시스템의 '총 강성'의 변화를 기초로 하고, DC 전압 차이를 가함으로써 발생되는 '전기 강성 변화'는 DC 전압이 진동 모드의 파복으로부터 가해질 때에 최대 영향을 미친다. 이와 같이, 조정 전극은 대응하는 공진 모드의 파복에 배열될 수 있다.

이제부터 도 2a-c를 또한 참조하면, 도2 a에 도시된 것과 같은 면내 구동 모드는 x-축 및 y-축과 정렬되는 파복을 갖는다. 도2 b는 면외 x-축 감지 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모델을 도시하고 있고, 도2 c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 면외 y-축 감지 공진 모드의 ANSYS 시뮬레이션 모델을 도시하고 있다. 가해진 피치-롤 회전은 면외 결합을 유발한다. 예컨대, 피치-축으로부터의 입력 회전 속도는 상부 Ω_x ^- 감지 전극(122)과 공진기(102) 사이의 수직 용량 공기 간극 그리고 상부 Ω_x ⁺ 감지 전극(124)과 공진기(102) 사이의 수직 용량 공기 간극의 양쪽 모두의 변화를 초래한다. 용량 공기 간극이 변화됨에 따라, 차동 출력 전류가 상부 Ω_x ^- 감지 전극(122) 및 Ω_x ⁺ 감지 전극(124)에서 발생되고, 한편 상부 Ω_y ^- 감지 전극(132) 및 Ω_y ⁺ 감지 전극(134)은 x-축으로부터의 입력 회전 속도에 의해 출력 전류를 발생시키지 않는다. 마찬가지로, 롤-축으로부터의 입력 회전은 상부 Ω_y ^- 감지 전극(132)과 공진기(102) 사이 그리고 상부 Ω_y ⁺ 감지 전극(134)과 공진기(102) 사이의 수직 용량 공기 간극의 양쪽 모두의 변화를 초래하고, 한편 상부 Ω_x ^- 감지 전극(122) 및 Ω_x ⁺ 감지 전극(124)은 y-축으로부터의 입력 회전 속도에 의해 출력 전류를 발생시키지 않는다. x-축 모드의 파복이 y-축 모드의 파절에 정렬되고 반대의 경우도 마찬가지이기 때문에, 장치는 고유하게 작은 횡단-축 감도(cross-axis sensitivity)를 초래한다.

면내 구동 모드 및 면외 감지 모드의 주파수는 특정한 장치 치수에서 매칭되도록 설계된다. 그러나, 제조 공정에서의 결함 그리고 그 후속의 초기 주파수 스플릿에 의해 유발되는 불가피한 공정 변화와 함께 SOI 웨이퍼 등의 기판의 두께 및 측방 치수의 변화를 다루기 위해, 면내 주파수 조정 전극(116, 118) 그리고 면외 주파수 조정 전극(126, 128, 136, 138)은 제조 공정 중에 선택적으로-형성된다. 면내 구동 모드의 파복에 위치된 2개의 구동 조정 전극(116, 118)은 면외 감지 모드 주파수에 대한 최소 영향 하에서 구동 모드 주파수를 조정한다. 면외 감지 모드 조정을 위해, Ω_x 조정 전극(126, 128) 및 Ω_y 조정 전극(136, 138)은 균형된 정전력을 가하도록 90˚만큼 떨어져 배열될 수 있다. 다양한 실시예에서, 주파수 조정은 모드-매칭 또는 근접-모드 매칭(near-mode matching)에 사용된다. 적어도 1개의 주파수 조정 전극이 공진 본체(102)의 면내 구동 모드의 파복(들)에서 ㎛-미만의 횡단(또는 수평) 용량 유전체 간극만큼 공진 본체(102)로부터 분리될 수 있고, 적어도 1개의 주파수 조정 전극이 공진 본체(102)의 면외 모드(들)의 파복에서 ㎛-미만의 수직 용량 유전체 간극만큼 공진 본체(102)로부터 분리될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 주파수 조정은 측방 치수/두께 편차 및/또는 이들의 조합의 공정 변화 하에서 주파수 스플릿을 다루도록 설계된다.

모드들 사이의 최소 간섭 하에서 각각의 공진 모드를 조정하기 위해, 수직 용량 공기 간극 및 측방 용량 공기 간극의 크기가 조심스럽게 선택된다. 상부 x-축 속도 감지 및 조정 전극(122, 124, 126, 128) 및 y-축 속도 감지 및 조정 전극(132, 134, 136, 138)은 공진기(102)에 대해 대략 300 ㎚의 좁은 수직 용량 공기 간극을 각각 갖는다. 다양한 실시예에서, 수직 용량 공기 간극은 50 ㎚ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 추가로, 상부 x-축 속도 감지 및 조정 전극(122, 124, 126, 128) 및 y-축 속도 감지 및 조정 전극(132, 134, 136, 138)은 공진기(102)로부터 대략 5 ㎛의 비교적 넓은 측방 공기 간극 크기를 갖는다. 다양한 실시예에서, 상부 전극에서의 측부 공기 간극은 500 ㎚ 내지 50 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다.

이제부터 도 3a를 참조하면, 공진기(102) 그리고 구동-입력 전극(112), 구동-출력 전극(114) 또는 구동 모드 조정 전극(116, 118) 중 임의의 전극 등의 예시의 측부 구동 모드 전극의 확대 단면도가 도시되어 있다. 측부 전극(112)은 큰 수직 용량 공기 간극(310)만큼 공진기(102)의 상부 표면(104)으로부터 그리고 비교적 작은 측방 용량 공기 간극(312)만큼 공진기(102)의 측부 표면(106)으로부터 분리된다. 다양한 실시예에서, 수직 용량 공기 간극(310)은 공진기(102)의 상부 표면(104)으로부터 대략 2 ㎛만큼 떨어져 있다. 다양한 실시예에서, 측부 전극에서의 수직 용량 공기 간극은 500 ㎚ 내지 50 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 측방 용량 공기 간극(312)은 공진기(102)의 측부 표면(106)으로부터 대략 200 ㎚만큼 떨어져 있다. 다양한 실시예에서, 측부 전극에서의 측방 용량 공기 간극은 50 ㎚ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다.

마찬가지로, 도 3b는 공진기(102) 그리고 상부 전극(122, 124, 126, 128, 132, 134, 136, 138) 중 임의의 상부 전극 등의 임의의 전극 등의 예시의 상부 전극의 확대도를 도시하고 있다. 상부 전극(122)은 작은 수직 용량 공기 간극(320)만큼 공진기(102)의 상부 표면(104)으로부터 그리고 비교적 큰 측방 용량 공기 간극(322)만큼 공진기(102)의 측부 표면(106)으로부터 분리된다. 다양한 실시예에서, 수직 용량 공기 간극(320)은 공진기(102)의 상부 표면(104)으로부터 대략 300 ㎚만큼 떨어져 있다. 다양한 실시예에서, 상부 전극에서의 수직 용량 공기 간극은 50 ㎚ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 추가로, 측방 용량 공기 간극(322)은 공진기(102)의 측부 표면(106)으로부터 대략 5 ㎛만큼 떨어져 있다. 다양한 실시예에서, 상부 전극에서의 측방 용량 공기 간극은 500 ㎚ 내지 50 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다.

측방 용량 공기 간극과 대응하는 수직 용량 공기 간극 사이에서 이러한 상당한 용량 공기 간극 크기를 가짐으로써, 공진기(102)의 이동이 단지 1개의 축을 따라 검출될 수 있고, 그에 의해 교차-축 감도를 최소화한다. 상당한 간극 크기 차이를 이용함으로써, 측방 용량 공기 간극보다 훨씬 작은 수직 용량 공기 간극을 갖는 감지 조정 전극(126, 128, 136, 138)이 면내 모드와 관련된 주파수로 최소 간섭 하에서 면외 모드와 관련된 주파수를 조정할 수 있다. 마찬가지로, 구동 조정 전극(116, 118)은 수직 용량 공기 간극(310)보다 훨씬 작은 측방 용량 공기 간극(312)을 갖고, 그에 의해 구동 조정 전극(116, 118)이 면외 모드와 관련된 주파수에 대한 간섭을 유발하지 않으면서 면외 모드와 관련된 주파수를 조정하게 한다.

대략 300 ㎚의 상부 전극과 공진기 사이의 수직 용량 간극은 자이로스코프 장치(100)가 5 V DC 초과의 편극 전압(Vp)을 취급하게 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 조정 전극(116, 118, 126, 128, 136, 138)의 개수, 폭, 연장 각도(spanned angle) 및 간극 크기는 12 ㎑ 초과의 조정성을 성취하여 30 V 미만의 DC 전압으로 +/- 0.3 ㎛ 두께 변화를 보상하도록 최적화된다. 추가로, 선택적으로-형성된 전극 구성의 감지 전극(122, 124, 132, 134)은 면외 감지 전극에서 보이는 면내 구동 모드 직각 신호 성분을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 교차-축 감도는 구동 모드의 파복에 감지 모드의 파복을 정렬하기 위해 직각 신호 성분 소거 전극을 채용함으로써 감소될 수 있다. 제조 공정 변화로 인해, 면외 모드의 파복은 면내 모드의 파복과 정렬되지 않을 수 있다. 감지 모드 및 구동 모드와 관련된 파복의 오정렬은 교차-축 감도의 발생원이다. 그러므로, 직각 신호 성분 소거 전극의 사용으로써, 공진 모드는 직각 신호 성분 소거 전극에 의해 제공되는 정전력을 사용하여 적절한 배향으로 정렬될 수 있다. 다양한 실시예에서, 구동 모드 여기 및 감지는 압전식으로 수행될 수 있다.

기존에, 실리콘 공진기는 주로 정전 변환을 위한 매우 높은 종횡비의 공기-간극을 성취하기 위해 종래의 HARPSS 공정을 사용하여 제조된다. 종래의 HARPSS 공정에서, 트렌치(trench)가 실리콘 벌크 음향 공진기의 치수를 한정하도록 DRIE 공정을 사용하여 실리콘 내에 식각되고, 한편 후속의 열 성장 실리콘 이산화물 희생 층이 실리콘 벌크 음향 공진기와 구동/감지 폴리실리콘 전극 사이에 공기-간극을 형성한다.

이제부터 도 4a-d를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프(100)를 제조하는 공정의 시각적 표현이 도시되어 있다. 공정은 도 4a에 도시된 것과 같이 Si <100> 실리콘-절연체 기판(410) 상에 초기의 두꺼운 열 산화물 층(412)을 생성하고 생성된 열 산화물 층(412)을 패터닝하는 단계로 시작된다. 실리콘-절연체 기판(410)은 매립된 산화물 층(404)에 의해 제2 실리콘 층(406)으로부터 분리되는 제1 실리콘 층(402)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 실리콘-절연체 기판(410) 내의 소자 층(406)의 두께는 대략 41 ㎛이다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 제2 실리콘 층(406)이 열 산화물 마스크(412)의 사용을 통해 식각되고, 제1 저압 화학 기상 증착(LPCVD: Low-Pressure Chemical Vapor Deposition) 희생 산화물(SACOX: Sacrificial Oxide) 층(414)이 증착된다. 일부 실시예에서, 희생 산화물의 제1 층은 대략 200 ㎚의 두께를 가질 수 있다.

제1 폴리실리콘 층(420)이 그 다음에 붕소 도핑 후에 증착될 수 있고, 표면으로부터 에치백(etched back)된다. 단순화를 위해, 제1 폴리실리콘 층(420)은 동시 도핑(in-situ doping) 하에서 증착될 수 있다. 트렌치-재충전 제1 폴리실리콘 층(420)은 도 3b의 간극에 의해 도시된 것과 같이 상부 전극이 형성될 영역으로부터 식각된다.

3 ㎛ 두께의 LPCVD 산화물 층(430)이 비어 있는 트렌치를 재충전하도록 증착되고, 패터닝된다. 300 ㎚ 두께의 제2 LPCVD SACOX 층(434)이 증착되고, 도 4c에 도시된 것과 같이 좁은 수직 용량 공기 간극을 생성하도록 패터닝된다. 제2 폴리실리콘 층(450)이 그 다음에 증착, 붕소-도핑, 어닐링 및 패터닝되고 그에 의해 구조체를 완성한다. 배치(batch)는 시간에 따른 제어 하에서 불화수소산 내에서의 박리에 의해 완료되고, 그에 의해 도 4d에 도시된 것과 같이 상부 전극(122)으로서 도시된 상부 전극과 (점선으로 도시된) 공진기(102) 사이의 수직 용량 공기 간극 그리고 구동 전극(112)으로서 도시된 측부 전극과 공진기(102) 사이의 측방 용량 공기 간극의 양쪽 모두를 남긴다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 3a 및 3b 그리고 도 4a-d에 도시된 것과 같은 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프를 제조하는 공정을 도시하고 있다. 루틴 500은 동작 단계 502에서 시작되고, 여기에서 열 산화물 층(412)이 실리콘-절연체(SOI) 기판(410) 상에 패터닝된다. 동작 단계 502로부터, 루틴 500은 동작 단계 504로 진행되고, 여기에서 제2 실리콘 층(406)이 열 산화물 마스크를 사용하여 식각된다. 동작 단계 504로부터, 루틴 500은 동작 단계 506으로 진행되고, 여기에서 희생 산화물 층(308)이 도 4a에 도시된 것과 같이 증착된다.

동작 단계 506으로부터, 루틴 500은 동작 단계 508로 진행되고, 여기에서 제1 폴리실리콘 층(420)이 제2 실리콘 층(406) 내에 형성된 트렌치 내에 증착된다. 동작 단계 508로부터, 루틴 500은 동작 단계 510으로 진행되고, 여기에서 제1 폴리실리콘 층(420)은 측부 전극이 형성되지 않는 표면으로부터 식각된다. 동작 단계 510으로부터, 루틴 500은 동작 단계 512로 진행되고, 여기에서 제1 폴리실리콘 층(420)이 전극(122, 124, 126, 128, 132, 134, 136, 138) 등의 상부 전극이 형성될 표면으로부터 식각된다. 이것은 도 4c에 도시된 것과 같이 상부 전극과 관련된 트렌치 그리고 또한 상부 전극이 수직 용량 공기 간극(320)만큼 분리될 공진기(102)의 임의의 표면(434)을 포함한다.

동작 단계 512로부터, 루틴 500은 동작 단계 514로 진행되고, 여기에서 산화물 층(430)이 비어 있는 트렌치 및 구멍을 재충전하도록 증착된다. 일부 실시예에서, 산화물 층(430)은 3 ㎛ 두께의 LPCVD 산화물 층(430)이다. 동작 단계 514로부터, 루틴 500은 동작 단계 516으로 진행되고, 여기에서 제2 희생 산화물 층(440)은 상부 전극(122) 등의 상부 전극이 수직 용량 공기 간극(320)만큼 분리될 공진기(102)의 표면(104) 상에 증착된다. 동작 단계 516으로부터, 루틴 500은 동작 단계 518로 진행되고, 여기에서 제2 폴리실리콘 층(450)이 상부 전극(122)을 형성하도록 증착된다. 일부 실시예에서, 제2 폴리실리콘 층(450)은 붕소-도핑, 어닐링 및 패터닝되고 그에 의해 구조체를 완성한다. 동작 단계 518로부터, 루틴 500은 동작 단계 520으로 진행되고, 여기에서 구조체는 시간에 따른 제어 하에서 불화수소산(HF) 또는 임의의 다른 산화물 제거 물질에 노출될 수 있고, 그에 의해 도 3a 및 3b에 도시된 것과 같이 상부 전극(122)과 공진기(102)의 상부 표면(104) 사이의 비교적 작은 수직 용량 공기 간극(320) 그리고 측부 전극(112)과 공진기(102)의 측부 표면(106) 사이의 비교적 작은 측방 용량 공기 간극을 남긴다. 동작 단계 520으로부터, 루틴 500은 종료된다.

이제부터 도 6을 참조하면, 방출 구멍 그리고 선택적으로-형성된 전극 영역을 갖는 이중-축 자이로스코프 장치(100)의 SEM 사진이 도시되어 있다. 도 6에 도시된 것과 같이, 공진기 본체(102)는 그 더욱 주연의 부분(166)에 공진기 본체의 내부 부분(164)을 결합시키는 복수개의 내부 스프링(162)을 가질 수 있다. 도 7a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상부 전극 영역 그리고 이중-축 자이로스코프의 진동 질량체의 단면도이다. 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 측부 전극 그리고 이중-축 자이로스코프의 진동 질량체의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프의 두께 및 측방 치수 변화에 대한 ANSYS 시뮬레이션 결과의 그래픽 표현이다. 공정 변화 하에서 구동 및 감지 모드 주파수 편이를 예측하기 위해, ANSYS 시뮬레이션이 공정-편향 모델을 사용하여 수행된다. 면외 감지 모드와 면내 구동 모드 사이의 주파수 차이의 시뮬레이션은 도 7a-b에 도시된 것과 같이 +2.15 ㎑/0.1 ㎛ 두께 변화 및 -5.33 ㎑/0.1 ㎛ 측방 치수 변화를 나타낸다. 기판 두께 변화는 플롯 800에 도시된 것과 같이 측방 치수 편차를 제공함으로써 오프셋될 수 있지만, 큰 정전 조정 기회를 갖는 것은 제조 수율을 개선하는 데 바람직하다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중-축 환형 자이로스코프(100)의 측정된 감지 모드 조정성에 대한 결과의 그래프이다. 도 9는 15 V까지의 가해진 DC 전압을 사용하여 감지 모드의 측정된 주파수 조정성을 나타내는 플롯 900을 도시하고 있다. 대략 4 ㎑의 감지 모드 주파수 조정성이 면외 모드 조정 전극(126, 128, 136, 138)에 가해진 DC 전압을 조정함으로써 관찰될 수 있다.

도 10은 30 V까지의 가해진 DC 전압을 사용하여 구동 모드의 측정된 주파수 조정성을 나타내는 플롯을 도시하고 있다. 대략 14.2 ㎑의 구동 모드 주파수 조정성이 구동 조정 전극(116, 118)을 접지하고 단순하게 DC 편극 전압(Vp)을 상승시킴으로써 관찰될 수 있다. 조정된 주파수는 제조 공정 중에 ±0.3 ㎛ 두께 변화와 유사한 모드-매칭된 동작을 검증한다. 면내 및 면외 조정 거동의 양쪽 모두는 작은 교차-모드 조정 하에서 큰 조정성을 나타낸다.

'거의-독립적인' 큰 주파수 조정성과 함께, 선택적으로 형성된 간극 크기는 도 11에 도시된 것과 같이 진동 공진기(102)의 주어진 면내 및 면외 운동 하에서 측부 전극과 상부 전극 사이의 상당한 신호 강도 차이를 초래한다. 신호가 구동-입력 전극(112)으로부터 공급될 때에, 감지 전극(122, 124, 132, 134)로부터 관찰되는 신호가 구동-출력 전극(114)로부터의 신호보다 10 ㏈ 초과만큼 낮은 신호를 나타낸다. 마찬가지로, 장치가 Ω_x ⁺ 전극(124) 등의 감지 전극 중 하나로부터 작동될 때에, 측부 전극(112, 114)으로부터 관찰되는 신호가 상부 전극(122, 132, 134)으로부터 10 ㏈ 초과만큼 낮은 신호를 나타낸다.

하나의 실시예에서, 구동 x-축 및 y-축 모드에 대한 양호도는 스플릿-모드 조건 하에서 각각 대략 9.7k, 13k 및 10k일 수 있다. 진공 압력이 0.1 μBar로부터 1 mBar로 변화되고, 그에 의해 도 12에 도시된 것과 같이 구동 모드, x-축 모드 및 y-축 모드에 대해 각각 7.2%, 16.5% 및 15.12%의 Q 인자 변화를 초래한다.

도 13a-b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 800 ㎛ 직경의 <100> Si 이중-축 자이로스코프의 측정된 속도 감도를 도시하는 그래프 1300A 및 1300B를 도시하고 있다. x-축 및 y-축 회전 속도에 대한 스케일 인자(scale factor)는 25.2% 및 20.1%의 교차-축 감도를 각각 갖는 대략 127.4 ㎶/deg/sec/전극 및 213.8 ㎶/deg/sec/전극일 수 있다. 교차-축 감도는 구동 전극의 파복에 감지 모드의 파복을 정렬하기 위해 직각 신호 성분 소거 전극을 채용함으로써 또는 보정 기술(calibration technique)을 도입함으로써 감소될 수 있다.

도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 앨런 분산 측정치를 도시하는 그래프 1400을 도시하고 있다. 앨런 분산 측정치는 X-축 모드 및 Y-축 모드에 대해 각각 대략 0.18 deg/sec 및 0.30 deg/sec의 편차 드리프트(bias drift)를 나타낼 수 있다.

0.9 ㎒의 단일-검사-질량체 피치-롤 환형 자이로스코프가 제공된다. 고주파수 장치는 수직 및 측방 용량 공기 간극을 선택적으로 형성함으로써 큰 주파수 조정성을 가능케 하고 자이로스코프(100)의 면내 모드와 면외 모드 사이의 신호 격리를 개선하는 개선된 HARPSS 공정을 사용하여 설계 및 제조된다. 추가로, 자이로스코프의 양호도는 예컨대 0.1 μBar 내지 1 mBar의 범위 내의 압력 변화에 비교적 둔감하다. 이것은 저-비용 패키징 및 안정된 장치 동작을 가능케 한다. 표 1은 본 발명에 따른 예시의 환형 자이로스코프(100)의 성능 파라미터를 요약하고 있다.

측정된 이중-축 자이로스코프의 성능

장치 파라미터	수치
동작 주파수	872 ㎑(측정) 898 ㎑(ANSYS)
장치 두께	40 ㎛
용량 공기 간극	수평 변환에 대해 200 ㎚ 수직 변환에 대해 300 ㎚
조정성	구동 모드에 대해 14.2 ㎑ 감지 모드에 대해 4 ㎑
이론적인 브라운 노이즈 플로어	0.024 deg/sec/√㎐
측정된 속도 감도	X-모드에 대해 127.4 ㎶/°/sec/전극 Y-모드에 대해 213.8 ㎶/°/sec/전극
앨런 편차 안정성	X-모드에 대해 0.18°/sec Y-모드에 대해 0.30°/sec
측정된 양호도	구동, X-모드 및 Y 모드에 대해 각각 9.7k, 13k, 10k

공진 본체(102)는 다양한 공진 동작 모드 중에서 다음의 조합 즉 m=n±1(여기에서, m=면내 모드의 모드 개수, n=면외 모드의 모드 개수)에 의해 동작될 수 있다. 예컨대, 도 15f에 도시된 면내 구동 모드는 도 15a 또는 도 15c에서 이용되는 능력을 갖는다. 추가로, 도 15g에 도시된 면내 구동 모드는 도 15b 또는 도 15d에서 이용되는 능력을 갖는다. 장치는 면내 모드에 의해 구동될 수 있고, 면외 모드에 의해 감지될 수 있고, 반대의 경우도 마찬가지이다.

본 발명을 통해, 단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프는 피치 및 롤의 축에 대한 각-속도 측정치 및 직접-각도 판독치(전체의 각도 모드)에 대해 동작될 수 있다는 것이 당업자에게 명확하여야 한다. 추가로, 자이로스코프는 동시 피치-롤 각-속도 및 각도 측정에 사용될 수 있고, 다른 모드-매칭된 주파수를 제외하면 면외 감지 주파수 중 하나를 위치시킴으로써 단일-축 피치-롤 각-속도 및 각도 측정이 또한 가능하다.

본 발명은 개시된 실시예를 참조하여 예시로 위에서 설명되었다. 다양한 변형 및 변화가 첨부된 특허청구범위에서 한정된 것과 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고도 당업자에 의해 개시된 실시예에 대해 수행될 수 있다.

Claims

단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치에 있어서,
공진 본체 부재와;
각각의 측방 용량 유전체 간극 및 수직 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재에 각각 용량 결합되는 제1 및 제2 전극
을 포함하고,
제1 전극의 측방 용량 유전체 간극 및 수직 용량 유전체 간극 중 하나의 폭이 제2 전극의 유사한 유전체 간극의 폭보다 실질적으로 작은,
장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 중심 구조체에 연결되는 장치.
제2항에 있어서, 공진 본체 부재는 중심 구조체에 공진 본체 부재를 연결하는 적어도 1개의 지지 부재에 의해 지지되는 장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 환형인 장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 다각형인 장치.
제1항에 있어서, 제1 전극은 제1 수직 용량 유전체 간극보다 실질적으로 작은 제1 측방 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재에 용량 결합되고, 제2 전극은 제2 측방 용량 유전체 간극보다 실질적으로 작은 제2 수직 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재에 용량 결합되는, 장치.
제1항에 있어서, 측방 용량 유전체 간극 및 수직 용량 유전체 간극 중 적어도 하나가 비-전도성 재료로부터 제조되는 장치.
제1항에 있어서, 제1 전극은 구동 전극이고, 제2 전극은 감지 전극인, 장치.
제1항에 있어서, 장치는 면내 구동 모드, 면내 구동 모드에 직교하는 제1 직교 면외 감지 모드 그리고 제1 직교 면외 감지 모드 및 면내 구동 모드에 직교하는 제2 직교 면외 감지 모드를 이용하도록 구성되는 장치.
제6항에 있어서, 제2 전극은 면외 모드의 파복의 상부 상에 형성되는 4개의 감지 전극을 포함하는 장치.
제10항에 있어서, 면내 구동 모드는 면외 모드의 파복과 정렬되는 파복을 갖는 장치.
제11항에 있어서, 제1 면외 모드의 파복은 제2 면외 모드의 파절(node)과 정렬되고, 제2 면외 모드의 파복은 제1 면외 모드의 파절과 정렬되는, 장치.
제12항에 있어서, 면내 구동 모드, 제1 직교 면외 감지 모드 및 제2 직교 면외 감지 모드의 주파수는 모드-매칭되는 장치.
제13항에 있어서, 공진 본체는 면내 구동 모드 그리고 2개의 면외 감지 모드에 대한 공진 주파수가 특정한 주파수에 위치되는 모드-매칭된 조건에서 동작되는 장치.
제13항에 있어서, 공진 본체는 면내 구동 모드 그리고 2개의 면외 감지 모드에 대한 공진 주파수가 특정한 동작 주파수 내의 대략 3 ㏈의 대역폭 범위 내에 위치되는 근접 모드-매칭된 조건에서 동작되는 장치.
제9항에 있어서, 면내 구동 모드의 파복에 위치되는 면내 주파수 조정 전극을 추가로 포함하는 장치.
제9항에 있어서, 대략 90˚만큼 서로로부터 분리되는 4개의 면외 주파수 조정 전극을 추가로 포함하는 장치.
제6항에 있어서, 제1 측방 용량 유전체 간극은 대략 200 ㎚인 장치.
제6항에 있어서, 제2 측방 용량 유전체 간극은 대략 300 ㎚인 장치.
제6항에 있어서, 제1 수직 용량 유전체 간극 및 제2 측방 용량 유전체 간극은 대략 5 ㎛인 장치.
제1항에 있어서, 직각 신호 성분 소거 전극을 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 이방성 기판으로부터 제조되는 장치.
제22항에 있어서, 제1 전극은 실리콘 기판의 <100> 및 <110> 방향 중 적어도 하나 내에 위치되는 장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 등방성 기판으로부터 제조되는 장치.
제6항에 있어서, 공진 본체를 작동시키도록 구성된 제1 전극은 (100) 실리콘 기판에 의해 이용될 때에 실리콘 기판의 <100> 및 <110> 방향 중 적어도 하나 내에 위치되는 장치.
제1항에 있어서, 공진 본체 부재는 공진 본체의 공진 모드를 여기시키고 감지하도록 구성되는 적어도 1개의 압전 층을 포함하는 장치.
제26항에 있어서, 적어도 1개의 압전 층은 공진 본체 그리고 공진 본체를 지지하는 지지 구조체 중 적어도 하나의 표면에 부착되는 장치.
제1항에 있어서, 적어도 1개의 주파수 조정 전극을 추가로 포함하고, 주파수 조정 전극은 공진 본체 부재와 실질적으로 모드-매칭되도록 구성되는, 장치.
제28항에 있어서, 주파수 조정 전극은 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재의 면내 구동 모드의 파복으로부터 분리되는 장치.
제29항에 있어서, 주파수 조정 전극은 용량 유전체 간극만큼 공진 본체의 면외 모드의 파복으로부터 분리되는 장치.
제1항에 있어서, 용량 유전체 간극은 공기를 포함하는 장치.
단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치에 있어서,
공진 본체 부재와;
측방 용량 유전체 간극 및 수직 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재에 각각 용량 결합되는 복수개의 전극
을 포함하고,
공진 본체 부재에 제1 전극을 용량 결합시키는 적어도 1개의 유전체 간극의 폭이 공진 본체 부재에 제2 전극을 용량 결합시키는 적어도 1개의 유전체 간극의 폭보다 실질적으로 작은,
장치.
제32항에 있어서, 제1 전극의 측방 용량 유전체 간극의 폭이 제2 전극의 측방 용량 유전체 간극의 폭보다 실질적으로 작은 장치.
제32항에 있어서, 제1 전극의 수직 용량 유전체 간극의 폭이 제2 전극의 수직 용량 유전체 간극의 폭보다 실질적으로 작은 장치.
제32항에 있어서, 제1 전극의 수직 용량 유전체 간극은 측방 용량 유전체 간극의 폭과 실질적으로 상이한 폭을 갖는 장치.
단일 검사-질량체 이중-축 자이로스코프 장치를 제조하는 방법에 있어서,
A) 상부 표면 및 측부 표면을 갖는 공진 본체 부재를 형성하는 단계와;
B) 공진 본체 부재의 상부 표면으로부터 측부 전극을 분리하는 제1 수직 용량 유전체 간극보다 실질적으로 작은 제1 측방 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재의 측부 표면으로부터 분리되는 측부 전극을 형성하는 단계와;
C) 공진 본체 부재의 측부 표면으로부터 상부 전극을 분리하는 제2 측방 용량 유전체 간극보다 실질적으로 작은 제2 수직 용량 유전체 간극만큼 공진 본체 부재의 상부 표면으로부터 분리되는 상부 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 방법.