[发明专利]侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法

权利要求书

1.一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，包括：单晶硅基底、中心固定支撑柱、微型谐振子、侧面电极、相邻电极和玻璃基底；其中：

所述侧面电极为多个，多个侧面电极均匀分布在微型谐振子的一侧面，构成均匀分布式侧面电极，同时所述侧面电极设置于所述单晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面；

所述相邻电极，分布在微型谐振子的一相邻面，该相邻面是指与所述侧面相邻，且所述相邻面上的相邻电极呈环形状，从而构成一环形一体式相邻电极；同时所述相邻电极设置于所述单晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面；

所述中心固定支撑柱的一端与所述单晶硅基底连接，所述中心固定支撑柱的另一端与所述微型谐振子连接；所述单晶硅基底与所述玻璃基底键合；

所述微型谐振子作为微陀螺仪的振动体，所述侧面电极和相邻电极用于多种微陀螺仪结构的驱动、检测及控制；

微型半球谐振陀螺仪工作在角速率模式下时，施加交流驱动信号，在所述微型谐振子上施加直流偏置信号，均匀分布式侧面电极通过静电力使所述微型谐振子工作在所需的驱动模态下，且驱动模态的振动幅值和频率保持不变；当垂直于单晶硅基底方向存在外加角速度时，检测模态的振动幅值会发生变化，且该振动幅值的大小与外加角速度的大小成正比，同时引起均匀分布式侧面电极与所述微型谐振子之间的电容发生变化；通过采集均匀分布式侧面电极上的信号变化可以计算检测模态振动幅值的大小，进而计算外加角速度的大小。

2.根据权利要求1所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述微陀螺仪采集环形一体式相邻电极上的信号变化计算检测模态振动幅值的大小，进而计算外加角速度的大小，从而减小均匀分布式侧面电极之间的寄生电容，提高检测精度。

3.根据权利要求1所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述微陀螺仪在环形一体式相邻电极上施加交流驱动信号，并在均匀分布式侧面电极或环形一体式相邻电极上采集检测信号，提供不同的驱动、检测及控制方式。

4.根据权利要求1所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，通过环形一体式相邻电极上的信号变化判断所述微陀螺仪的工作状态，在非正常工作状态下，通过控制算法在环形一体式相邻电极上施加控制信号，可调节所述微型半球谐振陀螺仪的工作状态，从而使微型半球谐振陀螺仪正常工作。

5.根据权利要求1所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述微陀螺仪也能工作在力平衡模式和全角度模式下，其中：力平衡模式能直接检测外加角速度的大小，全角度模式能直接检测外加旋转角度的大小。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述侧面电极和所述相邻电极的材料为硼离子或磷离子掺杂硅或者为金属镍；当侧面电极或者相邻电极位于单晶硅基底上时，材料为硼离子或磷离子掺杂硅；当侧面电极或者相邻电极位于玻璃基底上时，材料为金属镍。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述单晶硅基底和玻璃基底的材料分别为高阻硅或者二氧化硅的高阻材料，高阻硅材料用于减小外电极与内电极之间的信号干扰。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪，其特征在于，所述中心固定支撑柱的材料为高阻硅或者为二氧化硅；

所述微型谐振子的材料为掺杂金刚石或掺杂多晶硅。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、对单晶硅基底进行清洗、涂胶、光刻、显影、硼离子注入、溅射、去胶工艺，在单晶硅基底上得到硼离子或磷离子掺杂硅材料的侧面电极或相邻电极；

第二步、在单晶硅基底上进行涂胶、光刻、显影、硅的各向同性刻蚀、去胶，以在单晶硅基底上得到微型谐振子形状对应的凹槽；

第三步、在单晶硅基底上沉积二氧化硅，为制作微型谐振子及侧面电极或相邻电极间隙提供牺牲层；

第四步、在单晶硅基底上沉积掺杂金刚石或掺杂多晶硅，并进行化学机械抛光，以制作微型谐振子；

第五步、在第四步的基础上利用BOE溶液刻蚀二氧化硅牺牲层并控制刻蚀时间，以释放微型谐振子，并将残余部分作为中心固定支撑柱；

第六步、在玻璃基底上进行涂胶、光刻、显影、电镀镍、去胶，以制作金属镍材料的相邻电极或侧面电极；

第七步、倒置玻璃基底，并与单晶硅基底进行键合，使玻璃基底的中心部分与单晶硅基底的中心固定支撑柱的中心对准，实现两个基底固定，从而得到侧分立相邻面环形的双电极分布式微陀螺仪。