[发明专利]一种巨磁阻效应三轴加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及微惯性导航技术相关领域，具体而言，涉及一种巨磁阻效应的三轴微机械加速度计。

背景技术

目前，微机械加速度计常用的检测方式是压阻式、电容式、压电式和隧道效应式等，压阻式是基于高掺杂硅的压阻效应原理实现的，高掺杂硅形成的压敏器件对温度有较强的依赖性，其由压敏器件组成的电桥检测电路也会因温度变化引起灵敏度漂移；电容式精度的提高是利用增大电容面积，由于器件的微小型化，其精度因有效电容面积的缩小而难以提高。压电效应纳传感器的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试。隧道效应纳传感器，制造工艺复杂，检测电路也相对较难实现，成品率低，不利于集成。

微机械加速度计对加速度的测量是靠检测装置实现力电转换来完成的，其灵敏度、分辨率是十分重要的，由于加速度计微型化和集成化，检测的敏感区域随之减小，故而使检测的灵敏度、分辨率等指标已达到敏感区域检测的极限状态，从而限制了加速度计检测精度的进一步提高，很难满足现代军事、民用装备的需要。

巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象，是磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的纳米薄膜层结构中观察到。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。将巨磁阻效应和悬臂梁式加速度检测方式相结合，并应用于微机械加速度计的检测方面，可以提高微机械加速度计的检测精度。

发明内容

本发明旨在提供三轴微机械加速度计，该微机械加速度计为基于巨磁阻效应的三轴微机械加速度计，可以提高三轴微机械加速度计的检测精度。

本发明提供了一种三轴微机械加速度装置，包括：键合基板；巨磁敏电阻，所述巨磁敏电阻设在键合基板上表面，且与微加速度计各敏感质量块上表面的铁磁性薄膜位置对应，巨磁敏电阻利用巨磁敏电阻引出线引出并与巨磁敏电阻电极相连接；和微加速度计，所述微加速度计设在键合基板上方并与键合基板相连接，且微加速度计包括：敏感质量块，根据检测方向的不同敏感质量块分为三种，分别用以检测X、Y、Z三个轴向的加速度，三种轴向的加速度计的敏感质量块的形状、尺寸以及设置方向根据其检测方向的不同而有所不同；铁磁性薄膜，设所述铁磁性薄膜在敏感质量块上表面，所述铁磁性薄膜可随敏感质量块沿垂直于所述键合基板上表面的方向振动。悬臂梁，用于支撑微加速度计的敏感质量块，且用于支撑不同轴向加速度计敏感质量块的悬臂梁的形状及数量不同。

进一步地，所述的键合基板较微加速度计面积大，上表面设有巨磁敏电阻及其引出线和电极，并且键合基板用以承载微加速度计，加速度计设置于键合基板的中心位置。

进一步地，所述的巨磁敏电阻有多个，分别置于不同检测方向敏感质量块的下方，且与敏感质量块上表面的铁磁性薄膜位置对应；巨磁敏电阻采用形，以增大有效长度；巨磁敏电阻通过巨磁敏电阻引出线引出，与巨磁敏电阻电极相连。

进一步地，所述的巨磁敏电阻包括在半导体材料衬底层上依次排布的绝缘层、钽层、镍铁层、铜层、钴层、锰层和钽层。

进一步地，所述的微加速度计还包括微加速度计框体，所述的微加速度计框体为整体结构，其上设有分别能检测X、Y、Z三个轴向的三种加速度计，通过悬臂梁与各加速度计的敏感质量块连接；所述的悬臂梁用以连接敏感质量块和微加速度计框体。

进一步地，所述的敏感质量块根据检测方向的不同而有所不同：用以检测Z轴方向的加速度计敏感质量块上表面呈方形，用以检测X轴向和Y轴向的加速度计敏感质量块的上表面呈矩形，且根据检测方向的不同敏感质量块的设置方向不同，检测X轴向的加速度计敏感质量块X向长度小于Y向长度，检测Y轴向的加速度计敏感质量块Y向长度小于X向长度。

进一步地，所述的悬臂梁根据加速度计检测方向的不同而设置的尺寸及方向有所不同：用以连接检测Z轴方向的加速度计敏感质量块的悬臂梁厚度远小于宽度保证其在Z轴方向的刚度远小于其它两个方向，且Z轴向加速度计敏感质量块的前、后、左、右四边都设有悬臂梁；用以连接检测X轴向和检测Y轴向的加速度计敏感质量块的悬臂梁厚度远大于其宽度，检测X轴向的加速度计悬臂梁X向长度远小于Y向长度，且只设于敏感质量块的前、后侧，检测Y轴向的加速度计悬臂梁Y向长度远小于X向长度，且只设于敏感质量块的左、右侧。

进一步地，所述的铁磁性薄膜包括在半导体材料衬底层上依次排布的二氧化硅层、二氧化钛层、铂层、铁酸钴层和铁酸铋层。