基于电磁驱动及磁电/电容检测的硅谐振式双轴角速率传感器设计和测试

摘要

本文介绍了一种MEMS角速率传感器的设计、制作和测试.该传感器采用硅梁作为支撑和震动的结构.电磁力在驱动模式中被用来激励质量块做往复运动.驱动模式的频率被设计为5 955.38 Hz.针对另外两个轴向的角速率检测,设计检测模式的频率分别为6 151.01 Hz和6 591 Hz.质量块在驱动模式下的最大位移被设计为20 μm.在器件的制作过程中使用了湿法刻蚀、电子束蒸发、阳极键合、等离子体增强化学气相沉淀(PECVD)、lift-off、感应耦合等离子体活性离子蚀刻(ICP-RIE)等MEMS工艺.质量块的尺寸是1 440 μm×1 400 μm×33.6 μm,硅梁的设计尺寸分别为10 μm×562.5 μm×33.6 μm,10 μm×532.5 μm×33.6 μm,芯片的外形尺寸是3 127 μm ×3 069μm.为了进行器件测试,搭建了真空测试平台.测试结果表明,驱动模式下器件的谐响应频率为9 609 Hz,使用磁电检测的模式其谐响应频率为9 605 Hz.器件中电容检测需要特殊的电路,该电路目前正在搭建中.分析发现实测结果与模拟仿真结果的差异在于加工过程中产生的误差.