基于单质量块微纳光栅泰伯效应的双轴MOEMS加速度计

对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速度的高精度测量,采用不同周期的两组光栅进行双轴加速度检测,通过磁控溅射工艺将两组光栅结构沉积在质量块的不同区域,最终通过阳极键合方式实现该双轴MOEMS加速度计的制备。实验结果表明,光栅泰伯效应双轴MOEMS加速度计x轴与y轴的灵敏度分别为3.36和3.54 V/g,零偏稳定性分别为25.53和20.91μg@1 s。该研究为实现高精度多轴加速度计提供了一种新的方法。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

光纤耦合声光调制器键合膜系设计与制备

为了实现超高速的声光调制,该文提出了一种光纤耦合声光调制器键合膜系的设计与仿真方法。利用该方法设计并制作了一款工作频率为200 MHz、10 ns光脉冲上升时间的光纤耦合声光调制器。器件采用TeO2作为声光介质,36°Y 切LiNbO3作为压电换能器晶片,衬底层采用高纯度Cr,键合层为高纯度Au,结果表明器件性能测试良好。     

基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制作

提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计及其制作方法.该种陀螺采用MEMS工艺制作而成,基底材料为肖特BF33玻璃,电极和谐振器均由单晶硅片加工而成,肖特BF33玻璃与单晶硅片通过阳极键合工艺键合在一起.介绍了该种陀螺的基本结构、工作原理,并进行了仿真分析,得出该种陀螺具有较小的频率分裂,表现出陀螺效应.最后,通过MEMS工艺进行了实际加工,得到了该种陀螺的实验样品.     

一种新型解耦硅微机械陀螺的设计

提出了一种新型静电驱动微机械陀螺结构,采用两组对称的梳齿结构作为驱动电极,同时采用中央质量块栅格和与驱动电极相同的梳齿两种结构检测感应模态的振动,每种结构设计两组独立的检测电极,分别采用差分方式进行检测,有效提高了陀螺的灵敏度。该陀螺结构的驱动模态和感应模态振动相互解耦,振动特性相似,固有频率、阻尼系数和品质因数等参数接近。采用有限元法分析了该结构的参数和特性,介绍了结构的制作流程。该结构谐振频率高、阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率。     

高精度MEMS硅微陀螺仪正交误差设计

正交误差是影响振动式硅微陀螺仪测量精度的主要因素之一,设计并制备了一种具有正交误差校正功能的高精度振动式微电子机械系统(MEMS)硅微陀螺仪。阐述了振动式硅微陀螺仪的工作原理,分析了正交误差产生的机理,并介绍了正交误差对陀螺仪测量精度的影响。为了进一步提升陀螺仪的测量精度,利用直流负刚度校正法对陀螺仪正交误差进行了校正,并通过有限元仿真确定了高精度陀螺仪敏感结构的最优参数。利用圆片级真空封装技术和绝缘体上硅(SOI)工艺实现了高精度陀螺仪敏感结构芯片的制备,采用高密度LCC20陶瓷管壳实现了高精度陀螺仪的集成封装。陀螺仪封装后,整体尺寸为9.0 mm×9.0 mm×2.8 mm。测试了陀螺仪的性能参数。测试结果表明,陀螺仪量程为±500°/s,零偏不稳定性为1.052°/h,零偏为0.004°/s,能够满足陀螺仪大部分中低精度应用需求。     

具有非平面埋氧层的新型SOI材料的制备

提出一种基于SDB技术的非平面埋氧层SOI材料制备方法.其关键技术包括:通过干法刻蚀、高压氧化和淀积二氧化硅获得高质量非平面埋氧层;通过化学气相淀积多晶硅来形成键合缓冲层,并运用回刻光刻胶和化学机械抛光来实现键合面的局部和全局平坦化;通过室温真空贴合、中温预键合和高温加固键合来进行有源片和衬底片的牢固键合.基于该技术研制了有源层厚度为21μm、埋氧层厚度为0.943μm、顶面槽和底面槽槽高均为0.9μm的具有双面绝缘槽结构的非平面埋氧层新型SOI材料.测试结果表明该材料具有结合强度高、界面质量好、电学性能优良等优点.     

直接键合微腔结构的光谱特性

采用直接键合方法制备了法布里-珀罗共振微腔结构,并用传输矩阵方法对其反射光谱进行了理论模拟.通过构造键合界面两侧多层薄膜材料的光学厚度呈现指数规律变化的模型,分析了键合效应对微腔结构光学特性的影响.结果表明:在较低退火温度下(如580℃)进行直接键合有利于高光学性能微腔结构的制备,而提高退火温度则需要在键合结构中加入缺陷阻挡层以提高键合质量.     

用于制备SOI材料的基于硅片键合和双层多孔硅剥离的薄外延硅膜转移技术

采用在阳极化反应时改变电流强度的办法 ,在高掺杂的 P型硅 (111)衬底上制备了具有不同多孔度的双层结构多孔硅层 .用超高真空电子束蒸发技术在多孔硅表面外延生长了一层高质量的单晶硅膜 .在室温下 ,该外延硅片同另一生长有热二氧化硅的硅片键合在一起 ,在随后的热处理过程中 ,键合对可在多孔硅处裂开 ,从而使外延的单晶硅膜转移到具有二氧化硅的衬底上以形成 SOI结构 .扫描电镜、剖面投射电镜、扩展电阻和霍尔测试表明 SOI样品具有较好的结构和电学性能     

用于制备SOI材料的基于硅片键合和双层多孔硅剥离的薄外延硅膜转移技术

采用在阳极化反应时改变电流强度的办法,在高掺杂的P型硅(111)衬底上制备了具有不同多孔度的双层结构多孔硅层.用超高真空电子束蒸发技术在多孔硅表面外延生长了一层高质量的单晶硅膜.在室温下,该外延硅片同另一生长有热二氧化硅的硅片键合在一起,在随后的热处理过程中,键合对可在多孔硅处裂开,从而使外延的单晶硅膜转移到具有二氧化硅的衬底上以形成SOI结构.扫描电镜、剖面投射电镜、扩展电阻和霍尔测试表明SOI样品具有较好的结构和电学性能.     

MEMS光栅陀螺制造与测试

根据MEMS光栅陀螺工作原理,对陀螺结构仿真,并进行了晶圆级陀螺制造.在ANSYS中建立陀螺结构模型,并进行仿真分析.仿真结果显示,其驱动模态为7 287 Hz,检测模态为7 288 Hz,频差为1 Hz,表明结构有高灵敏度.通过工艺设计,采用溅射、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀、阳极键合等工艺成功制造了 MEMS光栅陀螺....     

微机械陀螺仪设计与研究

介绍了微机械陀螺仪的关键技术、种类、性能比较和不同应用领域对其性能参数的要求。总结了近几年国内外微机械陀螺仪结构的研究最新成果。对框架式、音叉式、振动轮式、振动环式、转子悬浮式、质量块式和双线振动式等微机械陀螺仪的结构、加工和性能等进行了分析比较。主要阐述了微机械陀螺仪的漂移误差、精度和封装技术3大研究难点和高精度、微加工维度、结构和电路优化、单片多自由度和单片集成化等研究发展趋势。     

面向Micro-IMU的MEMS三维可折叠系统的设计与研制

提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构,其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术,分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术,将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合,在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺,利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连,实现单轴惯性传感器的集成,制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。     

石英微机械陀螺敏感芯片的结构解耦特性研究

石英微机械陀螺敏感芯片通常采用双端音叉结构,驱动音叉和检测音叉的振动耦合误差是其主要误差源。对双端音叉结构陀螺敏感芯片进行了结构解耦设计仿真,分析了芯片安装区对检测音叉振动特性的影响。通过解耦设计,减小了零偏误差信号,提高了陀螺敏感芯片的稳定性。     

晶圆键合技术与微电子机械系统新进展

概述了晶圆键合技术穴WB雪和微电子机械系统穴MEMS雪的新进展。介绍了晶圆键合工艺、技术要求、应用选择以及对MEMS的作用;展示了MEMS制造技术和应用前景。     

SOI MEMS陀螺的制造和测试

This paper presents an SOI（silicon on insulator） MEMS（micro-electro-mechanical systems） vibratory gyroscope that was fabricated using bulk micromachining processes.In the gyroscope architecture,a frame structure that nests the proof mass is used to decouple the drive motion and sense motion.This approach ensures that the drive motion is well aligned with the designed drive axis,and minimizes the actual drive motion component along the sense detection axis.The thickness of the structural layer of the device is 100μm,which induces a high elastic stiffness in the thickness direction,so it can suppress the high-order out-of-plane resonant modes to reduce deviation.In addition,the dynamics of the gyroscope indicate that higher driving mass brings about higher sensing displacements.The thick structural layer can improve the output of the device by offering a sufficient mass weight and large sensing capacitance.The preliminary test results of the vacuum packaged device under atmospheric pressure will be provided.The scale factor is 1.316×10^-4 V/（deg/s）,the scale factor nonlinearity and asymmetry are 1.87%and 0.36%,the zero-rate offset is 7.74×10^-4 V,and the zero-rate stability is 404 deg/h,respectively.     

MEMS光开关

采用 MEMS体硅工艺 ,制作了三种结构的微机械光开关 :水平驱动 2 D(二维 )光开关、垂直驱动 2 D光开关和扭摆驱动 2 D、3D(三维 )光开关 .水平驱动光开关采用单层体硅结构 ,另外两种光开关都采用了硅 -玻璃的键合结构 .它们的工作原理都基于硅数字微镜技术 .这三种光开关均采用了静电力驱动 ,具有较低的驱动电压 ,其中扭摆式光开关的驱动电压小于 15 V.对于 2 D开关阵列 ,在硅基上制作了光纤自对准耦合槽 .对后两种光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析 ,结果表明这两种光开关具有小于 1ms的开关时间     

基于低温键合技术制备SOI材料

通过N+等离子体对Si片以及SiO2片表面活化，进行直接键合，研究了键合强度与退火温度的关系.研究结果表明退火温度从100℃升高到300℃的过程中，键合强度明显加强；高于300℃，键合强度略有增加，但不明显. 结合N+等离子体处理技术和Smart-Cut技术制备出SOI结构，顶层硅缺陷密度表征表明在500℃退火后可得到较好的缺陷密度. 该研究结果提供了一种SOI低温技术.