[发明专利]一种高信噪比的三明治式微加速度计

说明书

本发明公开了一种高信噪比的三明治式微加速度计，所述微加速度计包括：从上到下的：上电极结构层、上键合接触区、中间电极结构层、下键合接触区、下电极结构层；上电极结构层设有与中间电极结构层键合的上键合接触区；下电极结构层设有与中间电极结构层键合的下键合接触区；上键合接触区与下键合接触区构成键合接触层；上电极结构层、中间电极结构层、下电极结构层在上、下键合接触区经熔融键合后构成自密封结构；其中中间电极结构层包括可动质量块；在很大程度上降低器件上、下电极结构层与中间电极结构层的寄生电容值，在极板间隙相同情况下，这将明显的提升三明治式微加速度计的信噪比特性。

技术领域

本发明涉及微加速度计研究领域，具体地，涉及一种高信噪比的三明治式微加速度计。

背景技术

三明治式微加速度计是一种测量加速度大小的器件或装置，其在具有高信噪比、高测量精度要求的工业控制、航空仪表、军事等领域应用广泛。传统的三明治式微加速度计主要有玻璃-硅-玻璃结构、硅-硅-硅(全硅)结构形式，而玻璃-硅-玻璃结构组成的三明治式微加速度计虽然不存在寄生电容的影响，但其热失配问题较大，温度特性较差，对器件的测量精度会造成影响，而全硅结构组成的三明治式微加速度计热失配问题小，温度特性好，但在器件的硅-硅键合区域，由于绝缘层很薄，存在很大的寄生电容，这将较大地降低器件的信噪比特性，上述情况都无法兼顾三明治式微加速度计高信噪比、高测量精度的应用需求。

发明内容

本发明提供了一种高信噪比的三明治式微加速度计，由于设有键合接触层将增加硅-硅键合区域氧化绝缘层的厚度，从而在很大程度上降低器件上、下电极结构层与中间电极结构层的寄生电容值，在极板间隙相同情况下，这将明显的提升三明治式微加速度计的信噪比特性。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种高信噪比的三明治式微加速度计，所述微加速度计包括：

从上到下的：上电极结构层、上键合接触区、中间电极结构层、下键合接触区、下电极结构层；上电极结构层设有与中间电极结构层键合的上键合接触区；下电极结构层设有与中间电极结构层键合的下键合接触区；上键合接触区与下键合接触区构成键合接触层；上电极结构层、中间电极结构层、下电极结构层在上、下键合接触区经熔融键合后构成自密封结构；其中中间电极结构层包括可动质量块。

进一步的，包括上电极结构层、中间电极结构层、下电极结构层均为重掺杂硅材料。

进一步的，上键合接触区设有深腔，下键合接触区设有深腔，上、下电极结构层制作的深腔高度相等；上键合接触区和下键合接触区的区域内均生长相同厚度的氧化硅层，形成相应的键合接触区，相同高度的深腔和厚度的氧化层以保证上下接触区与中间电极结构层的寄生电容值相等。

进一步的，中间电极结构层包括：外框架锚点结构、悬臂梁结构、可动质量块，所述可动质量块三端悬空，所述可动质量块悬置在上电极结构层与下电极结构层之间；所述可动质量块与所述悬臂梁结构的一端相连，所述悬臂梁结构另一端与所述外框架锚点结构连接固定。

进一步的，所述外框架锚点结构包围在所述可动质量块的四周，所述外框架锚点结构的上下表面面积与所述键合接触层上下表面面积相对应，以确保实现所述外框架与所述上、下键合接触层正对键合。

进一步的，键合接触层材料为二氧化硅材料。

进一步的，所述微加速度计中的各结构通过MEMS加工工艺制作完成。

进一步的，设上电极结构层、下电极结构层与中间电极结构层的初始间隙为d₀，中间电极结构层的可动质量块与上电极结构层、下电极结构层的正对面积为A，则得到三明治式微加速度计上、下电极的基础电容为：

式中，ε₀为真空介电常数，ε₁为空气相对介电常数；