新型硅-铝-硅结构MEMS加工技术及应用

提出了一种新型的硅-铝-硅结构的MEMS器件加工技术.采用了微电子工艺中的铝-硅烧结技术,将具有铝层的两个硅片键合在一起,并采用全干法深刻蚀技术在其中的一层硅片上进行MEMS器件的加工.该技术已成功应用到MEMS光开关及其他MEMS器件的制作中.     

一种新颖的低温硅片直接键合技术

提出一种使用CF4等离子体激活处理硅片表面来降低退火温度的低温硅片直接键合新方法.硅片用CF4等离子体激活处理,经过亲水处理预键合后,再在N2保护下进行40h 300℃的热处理,硅片的键合强度达到了体硅本身的强度.     

MEMS封装中阳极键合技术的影响因素研究和设计因素分析

结合MEMS气密性封装的需要,以玻璃与硅晶片阳极键合为例,给出阳极键合的封装工艺,从键合机理的角度研究了玻璃与硅阳极键合的影响因素,并就玻璃与硅阳极键合的设计因素做了分析,得到直径为100mm的Pyrex7740玻璃晶片和硅晶片在键合温度为500℃时,硅晶片的径向应力σrr=134.29MPa;键合后晶片的径向膨胀μ=0.1274mm。     

基于MEMS技术的原子气室封装工艺

在基于MEMS技术原子气室的制备工艺中，难度较大的是碱金属的填充技术及阳极键合封装工艺，该工艺流程直接影响原子气室的质量。为进一步简化原子气室的制备工艺，设计了“双腔式”原子气室结构，采用先阳极键合，再化学反应的方法实现了原子气室批量化的封装。单个原子气室体积为6 mm×4 mm×2.5 mm,经氦气细检漏气率平均达到5×10^-8 Pa·m³·s^-1,通过搭建实验平台，测得了不同温度下的原子气室D1线吸收谱线图，实验结果表明原子气室封装成功。     

氢化物发生-电感耦合等离子体原子发射光谱(HG-ICP-AES)测定生物样品中的痕量铅

应用JY—Ultima电感耦合等离子体原子发射光谱仪,通过对各种最佳分析条件的探讨和验证,建立了HG—ICP—AES测定生物样品中痕量铅的分析方法。方法的检出限为1ng·mL~(-1),线性范围0.025～0.1μg·mL~(-1),回收率92％～104％。用标准物质进行对照,其测定值均在给定的标准范围之内。该方法操作简单、快速,灵敏度高,精密度和准确度好,线性范围宽,检出限低,便于推广和应用。     

电感耦合等离子发射光谱法在食品分析中的应用

电感耦合等离子发射光谱法作为多元素的分析检测手段,能同时得出数十种元素的分析结果,方便、快捷,在多种样品的分析过程中起着举足轻重的作用。尤其是食品分析,不仅能够指导人们对食品中营养元素的添加量,而且对食品的污染可进行全程检测,使等离子发射光谱法这一快速、便捷的检测手段更深入地运用到食品领域,这对提高膳食营养、保证食品安全、提高食品质量具有十分重要的意义。     

MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺

由于球面电极是曲面结构,电极各处的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀深度不一致,在加工过程中常发生球面电极还未刻蚀到位而谐振器已被破坏的现象,故本文提出了新的球面电极成形工艺。基于ICP刻蚀固有的lag效应,采用刻蚀窗口宽度由60μm渐变至10μm的V形刻蚀掩模调制电极各处的刻蚀速度,在电极各处获得了基本一致的归一化刻蚀速度(2.3μm/min)。利用台阶结构拟合球面电极的3D曲面结构,并保证通刻阶段的硅厚度基本一致为150μm来消除球面电极加工时最薄处已经刻穿阻挡层并破坏谐振器而最厚处还没有刻蚀到位的现象。结合台阶状的二氧化硅掩模对球面电极各点处的硅ICP刻蚀当量进行了调整,使其基本相等,通过一次ICP刻蚀即完成了对硅球面电极的加工。利用提出的方法成功制备出了具有功能性输出的微机电系统(MEMS)半球陀螺的硅球面电极,其最大半径可达500μm。     

基于MEMS微加速度计的无视觉传感器防摇控制系统研究

通过建立起重机吊重摆动的数学模型,明确吊重摆角与小车运行加减速之间的关系,并将MEMS微加速度计应用到起重机的防摇控制中,建立闭环控制系统,适时根据吊重摆角大小修正小车速度指令,实现防摇控制。实验证明,这种方法简单、经济,不需要安装视觉传感器测量吊重摆角,可以有效地消除载荷的摇动。     

MEMS节点化建模及其在集成微系统设计中的应用

为实现MEMS产品的快速设计和性能验证,在借鉴其结构化设计思想即节点分析法的基础上,提出了一种与常规信号流类比不同,适于集成微机电系统快速仿真的等效电路建模思路和方法。首先,对系统及MEMS器件进行功能及结构分解;然后,分别对各基本单元进行节点化建模,并在一定的机电类比规则下将其转换为等效电网络(元件);最后,根据节点变量约束关系,将这些等效网络(元件)逐层重构为器件级和系统级等效电路。结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例,对上述方法进行了具体介绍和验证。利用OrCAD等电路仿真器分析、测试了所建立的体现多能域耦合关系的微系统数字化分析原型,结果显示,相对于VHDL-AMS描述法,该模型具有单一域内的更加直观的模型形式和快捷的仿真速度,表明本文提出的方法在复杂MEMS集成系统的分析设计中具有一定的应用价值。     

数字式MEMS加速度传感器在车载导航中的应用

提出一种基于数字式MEMS加速度传感器ADXL202JE,设计了应用此传感器来判断车辆是否位于高架上的全数字式装置.分析了整个系统硬件的特点,结合实际测量结果,设计了相应的软件算法,并进一步论述了提高测量精度的方法,最后通过实际车载实验验证了设计的正确性.     

面向工程振动环境监测需求的MEMS加速度计及其应用

要:随着我国重大建设项目的日益增多,核电设施、大型桥梁、大科学装置等重要建筑工程对其所处环境的振动控制要求愈发苛刻,对工程振动的监测需求也日益强烈.基于硅微加工和超精密制造的MEMS加速度计集成度更高、尺寸更小、功耗和成本更低,高度契合需要使用极多加速度计的振动环境监测的应用需求.文中介绍了压电式和电容式MEMS加速度...     

低热机械噪声的梳齿式加速度计

文中介绍了一种基于低噪声梳齿变面积型加速度计.采用体硅加工工艺,利用SOI材料30 μm顶层硅制造垂直梳齿,梳齿数目达200对,提高了初始电容,能够充分利用尺寸空间,获得具有低噪特性的加速度计.该种形式的加速度计不需要真空封装,也不需要制作阻尼孔就能满足低噪声要求.器件采用三层材料,利用硅-玻璃键合和BCB键合实现,能够有效提高成品率,并给出了成功流片后得到的SEM照片.最后,对器件进行了频谱响应曲线的测试,测试得到器件在非真空封装及无阻尼孔情况下Q值高达156.95.测试结果表明该器件的设计简化了制造工艺,降低了成本,同时得到提高了Q值,能够降低热机械噪声.     

基于MEMS技术梁膜结合压阻式加速度计的设计

提出了一种压阻式加速度计的新结构模型,采用梁膜结合结构方式,提高了低量程微硅压阻式加速度计的固有频率,减小了挠度对加速度计输出线性度的影响.通过有限元ANSYS仿真软件对结构模型进行静态和模态分析,发现在相同的负载条件下,新结构与传统结构相比,其固有频率平均提高了39%,挠度平均下降了39%,并对影响灵敏度、固有频率等主要指标的因素讨论分析,确定传感器的电阻分布和结构参数,对其结构进行优化.最后设计了版图及一套可行的工艺流程,采用各向异性化学腐蚀技术在单晶硅上制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,从而提高加速度计的可靠性.该加速度计具有小尺寸、高频响、高精度的优点.     

ADXL320加速度计性能参数的标定实验

本文以美国ADI公司生产的±5g双轴模拟输出加速度计ADXL320为例,介绍了MEMS微加速度计的工作原理及其输出系数标定试验,并对其试验结果进行了数据处理和分析。     

一种MEMS硅微三维加速度计设计

在压阻式硅微二维加速度计的基础上,提出了一种MEMS硅微三维加速度计.该加速度计微结构包括由四梁-柱体组成的二维水平检测单元和双T型垂直检测单元两部分,通过双T型检测单元和微型柱体与四梁检测单元检测空间三维方向的加速度值.建立了该结构的数学模型并用有限元分析软件Ansys对敏感弹性元件进行力学特性分析.最后对加工出的加速度计进行性能测试.测试结果表明,该加速度计3个方向频响曲线平坦、灵敏度高、线性度好,轴间耦合度小,X向灵敏度为2.17 mV/g,非线性度为0.63％,y向灵敏度为2.08 mv/g,非线性度为0.75％,Z向灵敏度为1.66mV/g,非线性度为1.13％.     

基于MEMS加速度计的物体倾角无线测量系统

针对机械、建筑等领域内一些低频、小幅度的倾角测量,设计了一种以MEMS三轴加速度传感器MMA8451Q和MC9S12XS128单片机为核心的倾角测量系统。单片机通过IIC总线采集倾角信号,通过蓝牙模块发送至PC机;利用VB语言编写了相应的程序实现数据接收和绘图功能。该系统可以同时测量出物体在坐标系三坐标轴方向上的倾角。试验研究表明,系统校准后的测量精度为0.2°,可应用于机械平台和土木建筑的倾角测量领域。     

Research and Application of MEMS Technique at BSRF

LIGA technique has been developed since 1993 at BSRF, including the fabrication of LIGA mask, deep X-ray lithography, electroplating, the pouring molding and the applications in some fields. The LIGA mask with gold absorbing structures of 20μm thickness and 5μm width and Kapton membrane of around 5μm thickness has been successfully fabricated and applied to the deep X-ray lithography with the PMMA structure of 1mm thickness or above. The beamline from a wiggler is used for the deep X-ray lithography of LIGA station and is open to other institutes researching the deep X-ray lithography. The normal process of LIGA technique with the exception of molding has been established with the PMMA structures of 500μm thickness at BSRF. The largest aspect ratio of PMMA structures can reach about 50 with the height of 500μm and the lateral size of 10μm. The nickel and copper structures with the thickness of 0.5mm and 1mm have been made by using the electroplating technique. The SU8 as a resist material of deep etch lithography with UV light is also developed in the fabrication of LIGA mask and some devices at BSRF. Electromagnetic stepping micro motor, heat exchange, accelerator, structures used in the EDM (electro discharge machining) are being developed for the future applications.     

姿态参照系统中硅微机械加速度计的温度补偿

微机械加速度计的输出受到环境温度的影响.文中以姿态参照系统为例,通过温度实验,得到了姿态参照系统中的微机械加速度计在不同温度下的输出,通过数据拟合建立了静态温度模型,对加速度计的零偏和标度因子进行了补偿.在姿态参照系统中对该温度补偿模型进行试验,结果表明得到的模型可以有效地补偿系统中的微机械加速度计的温度误差.使加速度计随温度变化的稳态输出变化的数量级由10-3减小到10-4.该温度补偿方法也适用于其他MEMS惯性测量系统中的微机械加速度计的温度补偿.     

基于MEMS陀螺仪和加速度计的动态倾角传感器

仿人形机器人各关节的姿态及重心位置是其步态控制研究的关键.为了获得这些姿态数据,设计了一种基于MEMS陀螺仪和加速度计的低成本动态倾角传感器,利用卡尔曼滤波算法将陀螺仪和加速度计输出的数据进行滤波融合,解决了加速度计因机器人的线性加速度而无法准确测量其动态倾角、陀螺仪因存在漂移等而长时间测量精度不高的问题.实际测试结果表明,所设计的传感器能够测量动态倾角并具有较高的精度,可以满足仿人形机器人姿态控制的需要.