[发明专利]基于静电预加载具有准零刚度特性的MEMS微重力传感器芯片

摘要

基于静电预加载具有准零刚度特性的MEMS微重力传感器芯片，包括单晶硅衬底，单晶硅衬底上生长二氧化硅绝缘层，二氧化硅绝缘层上键合单晶硅结构层，单晶硅结构层中制作有MEMS加速度传感器芯片；MEMS加速度传感器芯片包括芯片框架,其四角分别分布有1组电极锚点，每组电极锚点之间连接的成阵列A、B电极板组成电容驱动单元，电极板端部与电极锚点连接，上下侧B电极板和中间臂连接，中间臂通过弹簧和质量块连接，除电极锚点及芯片框架，其余部分下的单晶硅衬底和二氧化硅绝缘层被腐蚀掉；采用静电驱动对弹簧进行轴向位移加载，在不降低弹簧垂向刚度的前提下使质量块在垂向获得一段具有准零刚度的工作区间，可用于微重力加速度检测，具有结构简单等特点。

主权项

1.一种基于静电预加载具有准零刚度特性的MEMS微重力传感器芯片，包括单晶硅衬底(1)，其特征在于：单晶硅衬底(1)上生长有二氧化硅绝缘层(2)，二氧化硅绝缘层(2)上键合有单晶硅结构层(3)，单晶硅结构层(3)的电极锚点(3‑2)上沉积有金属电极层(4)，单晶硅结构层(3)中制作有MEMS加速度传感器芯片；所述的MEMS加速度传感器芯片包括芯片框架(3‑8),在芯片框架(3‑8)四角分别分布有1组电极锚点(3‑2)，每组电极锚点(3‑2)之间连接的成阵列结构的A电极板(3‑3)、B电极板(3‑4)共同组成一组电容驱动单元(3‑1)，A电极板(3‑3)、B电极板(3‑4)端部都与电极锚点(3‑2)连接，对电极锚点(3‑2)施加正负电压以形成正B电极板，每组电容驱动单元(3‑1)中上下两侧的B电极板(3‑4)和中间臂(3‑5)连接，中间臂(3‑5)的一端和弹簧(3‑6)的首端连接，弹簧(3‑6)的尾端和质量块(3‑7)连接，电容驱动单元(3‑1)、中间臂(3‑5)、弹簧(3‑6)、质量块(3‑7)构成了传感器芯片的主体部分，通过一体化MEMS工艺制造，均为固定连接；除去电极锚点(3‑2)以及芯片框架(3‑8)，其余部分下面的单晶硅衬底(1)和二氧化硅绝缘层(2)将被腐蚀掉，主体部分成为悬空结构；电容驱动单元(3‑1)对弹簧(3‑6)进行轴向加载后，能够改变MEMS加速度传感器芯片在其敏感方向的线性刚度，通过改变加载电压与弹簧(3‑6)结构参数，能够实现MEMS加速度传感器芯片准零刚度区间的可调。