《單片集成的彎曲懸臂樑式三軸熱對流加速度感測器研究》是依託江蘇大學，由王權擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單片集成的彎曲懸臂樑式三軸熱對流加速度感測器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王權
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為解決熱對流加速度感測器在三維空間測試的難題，突破二維平面集成的限制，提出將檢測垂直方向加速度的敏感單元布置在受應力彎曲的複合薄膜懸臂樑上，開展單片集成的應力彎曲懸臂樑式三軸熱對流加速度感測器設計理論與CMOS兼容製造中所涉及的基礎問題研究，在理論和實驗方面著重研究多層複合薄膜懸臂樑在多物理場作用下形變機制，構建密封腔內多場下複合薄膜懸臂樑微機械加工釋放後形變的力學模型，提出控制應力和最佳化工藝的方案，創新設計兩層矽片結構單片集成的感測器晶片。研究三軸微機械結構製造工藝與CMOS工藝的兼容性，獲得CMOS-MEMS工藝製造三軸微機械結構的方法。進一步研究製造過程中的複雜材料系統相互作用機制，並建立和驗證提出的晶片製造工藝模型，評價工藝流程的實用性，形成原創的應力彎曲懸臂樑式單片集成的三軸熱對流加速度感測器設計與製造的核心技術，研究成果對於單片集成的熱對流加速度感測器技術進一步發展有重要意義。
結題摘要
三軸加速度感測器是汽車電子和消費類電子產品市場發展的一個重要方向，有著巨大的市場份額，如遊戲和娛樂系列消費類電子產品中都套用了加速度感測器作為動作操控和接收裝置。三軸加速度感測器也套用於汽車安全和導航系統中，對GPS衛星信號實現定位，配合陀螺儀或電子羅盤等元件一起可創建方位推算系統，與GPS系統實現互補性套用。此外，三軸加速度感測器還廣泛套用於微型衛星、工業自動控制、機器人系統、軍工產品等諸多領域。本項目為了解決熱對流加速度感測器在三維空間測試的難題，突破了二維平面集成的限制，提出了將檢測垂直方向加速度的敏感單元布置在受應力彎曲的複合薄膜懸臂樑上，開展了單片集成的應力彎曲懸臂樑式三軸熱對流加速度感測器設計理論與CMOS兼容製造中所涉及的基礎問題研究，在理論和實驗方面著重研究了多層複合半導體薄膜懸臂樑多物理場（溫度場和應力場）作用下的形變機制；構建了密封腔內多場下複合薄膜懸臂樑微機械加工釋放後形變的力學模型。此外提出了控制應力和最佳化工藝的方案，創新設計了兩層矽片結構單片集成的感測器晶片。研究了三軸微機械結構製造工藝與CMOS工藝的兼容性，獲得了CMOS-MEMS 工藝製造三軸微機械結構的方法。進一步研究了製造過程中的複雜材料系統相互作用機制，並建立和驗證提出的晶片製造工藝模型，評價了工藝流程的實用性，形成了原創的應力彎曲懸臂樑式單片集成的三軸熱對流加速度感測器設計與製造的核心技術。此技術與CMOS工藝相兼容，可以將信號調節電路，微處理器等集成在一起，而且可以將其他測試功能用同樣的工藝集成在一起，使得晶片多功能化，更符合目前測試系統集成化，小型化和低成本化的發展要求。所研發的三軸加速度感測器X軸和y軸加速度計的靈敏度基本上很接近，有著很好的線性度。X軸和y軸方向上的加速度靈敏度擬合後分別為0.62 μV/g/mW 和0.61μV/g/mW。在X軸和y軸方向上有很好的動態回響特性，回響範圍在200 Hz以上。Z軸的靈敏度為0.16μV/g/mW，低於x軸和y軸方向。研究成果對於單片集成的熱對流加速度感測器技術進一步發展有重要意義。
