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上下分立的雙電極分布式微陀螺儀及其制備方法與流程

文檔序號:12589002閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,包括:單晶硅基底、中心固定支撐柱、微型諧振子、上電極、下電極和玻璃基底;其中:

所述上電極為多個,多個上電極分布均勻在微型諧振子的上側(cè),構(gòu)成均勻分布式上電極,同時所述上電極設(shè)置于所述單晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面;

所述下電極為多個,多個下電極均勻分布在微型諧振子的下側(cè),構(gòu)成均勻分布式下電極,同時所述下電極設(shè)置于所述單晶硅基底的表面或者玻璃基底的表面;

所述中心固定支撐柱的一端與所述單晶硅基底連接,所述中心固定支撐柱的另一端與所述微型諧振子連接;所述單晶硅基底與所述玻璃基底鍵合;

所述微型諧振子作為所述微陀螺儀的振動體,所述上電極和下電極用于微陀螺儀的驅(qū)動、檢測及控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀工作在角速率模式下時,施加交流驅(qū)動信號,在所述微型諧振子上施加直流偏置信號,均勻分布式上電極通過靜電力使所述微型諧振子工作在所需的驅(qū)動模態(tài)下,驅(qū)動模態(tài)的振動幅值和頻率保持不變;當垂直于單晶硅基底方向存在外加角速度時,檢測模態(tài)的振動幅值會發(fā)生變化,該振動幅值的大小與外加角速度的大小成正比,同時引起所述均勻分布式上電極與所述微型諧振子之間的電容發(fā)生變化;通過采集所述均勻分布式上電極上的信號變化計算檢測模態(tài)振動幅值的大小,進而計算外加角速度的大小。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,述微陀螺儀采集所述均勻分布式下電極上的信號變化計算檢測模態(tài)振動幅值的大小,進而計算外加角速度的大小,從而減小所述均勻分布式上電極之間的寄生電容,提高檢測精度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀在所述均勻分布式下電極上施加交流驅(qū)動信號,并在所述均勻分布式上電極或所述均勻分布式下電極上采集檢測信號,提供不同的驅(qū)動、檢測及控制方式。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀通過所述均勻分布式下電極上的信號變化判斷所述微陀螺儀的工作狀態(tài),在非正常工作狀態(tài)下,通過控制算法在所述均勻分布式下電極上施加控制信號,可調(diào)節(jié)所述微陀螺儀的工作狀態(tài),從而使所述微陀螺儀正常工作。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述微陀螺儀能工作在力平衡模式和全角度模式下,力平衡模式直接檢測外加角速度的大小,全角度模式直接檢測外加旋轉(zhuǎn)角度的大小。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述上電極和所述下電極的材料為硼離子或磷離子摻雜硅或者為金屬鎳;當上電極或者下電極位于單晶硅基底上時,材料為硼離子或磷離子摻雜硅;當上電極或者下電極位于玻璃基底上時,材料為金屬鎳。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述單晶硅基底和玻璃基底的材料分別為高阻硅和二氧化硅的高阻材料,高阻材料用于減小上電極與下電極之間的信號干擾。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種上下分立的雙電極分布式微陀螺儀,其特征在于,所述中心固定支撐柱的材料為高阻硅或者二氧化硅;

所述微型諧振子的材料為摻雜金剛石或摻雜多晶硅。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的上下分立的雙電極分布式微陀螺儀的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:

第一步、對單晶硅基底和玻璃基底進行清洗、涂膠、光刻、顯影、硼離子注入、濺射、去膠工藝,在單晶硅基底上得到硼離子或磷離子摻雜硅材料的上電極或下電極;

第二步、在單晶硅基底上進行涂膠、光刻、顯影、硅的各向同性刻蝕、去膠,以在單晶硅基底上得到微型諧振子形狀對應(yīng)的凹槽;

第三步、在單晶硅基底上沉積二氧化硅,為制作微型諧振子及上電極或下電極間隙提供犧牲層;

第四步、在單晶硅基底上沉積摻雜金剛石或摻雜多晶硅,并進行化學(xué)機械拋光,以制作微型諧振子;

第五步、在第四步的基礎(chǔ)上利用BOE溶液刻蝕二氧化硅犧牲層并控制刻蝕時間,以釋放微型諧振子,并將殘余部分作為中心固定支撐柱;

第六步、在玻璃基底上進行涂膠、光刻、顯影、電鍍鎳、去膠,以制作金屬鎳材料的上電極或下電極;

第七步、倒置玻璃基底,并與單晶硅基底進行鍵合,使玻璃基底的中心部分與單晶硅基底的中心固定支撐柱的中心對準,實現(xiàn)兩個基底固定,從而得到上下分立的雙電極分布式微陀螺儀。

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