设计了基于硅塑性变形的垂直梳齿驱动器,中央可动微镜由四组蛇形曲折梁支撑。驱动器的制作采用硅—硅键合技术,首先利用DRIE干法刻蚀技术释放可动梳齿与固定梳齿,然后通过各向异性湿法腐蚀制作的施压凸台实现可动梳齿和固定梳齿的精确自对准,最后利用硅塑性变形使可动梳齿和固定梳齿在垂直方向上产生位错,成功制作出在Z方向依靠位错梳齿实现垂直驱动的蛇形梁静电梳齿驱动器。

本文分析了传统MEMS电容式加速度计模型的不足,根据三明治结构电容式加速度计的特点,考虑了寄生电容和热机械噪声的影响,建立了用Verilog-A硬件描述语言实现的模型。该模型与主流集成电路设计环境相兼容,具有很强的可移植性。模拟验证结果表明,该模型如实反映了MEMS电容式加速度计的工作状态,能够为设计单片集成的微弱电容检测电路提供有效的帮助。

为提高微机械陀螺的检测精度,稳定驱动振动速度幅度,提出了微机械陀螺的自激驱动方式,它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上振动,以及保持恒定的驱动振动速度幅度.根据自激驱动电路原理,建立了驱动动力学方程的等效电路模型,用PSPICE软件对电路的工作状况进行了模拟,模拟结果验证了该方法切实可行.

介绍了一种新型结构微机械陀螺的设计及制作.新型陀螺的驱动振动和敏感检测振动的阻尼均为滑膜阻尼,且几乎相同,惯性质量块为栅型结构,由弹性悬臂梁支撑;驱动固定电极和敏感检测固定电极位于惯性质量块下方.分析了新型陀螺的工作特性,说明了陀螺结构参数对陀螺灵敏度的影响.实验结果表明,在大气状态下,新型栅结构微机械陀螺的驱动和敏感检测品质因子Q均可达到66.

利用有限元方法,研究振子框架式微机械陀螺主要几何尺寸对其固有频率的影响.根据陀螺驱动模态频率和检测模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸,并为结构改进和制备工艺提供理论指导.

介绍了一种基于滑膜阻尼效应的新型音叉式微机械陀螺.该陀螺包括两个驱动质量块和由各自驱动质量块支撑的检测质量块,通过检测质量块上的栅形电极与玻璃衬底上的固定检测电极之间的电容变化实现角速度信号的检测.对陀螺进行了结构设计和分析.在陀螺芯片的制作过程中,解决了深反应离子刻蚀过程中的根部效应和滞后效应等问题.初步测试结果表明,该陀螺灵敏度和非线性度比较理想.

随着电容式加速度传感器的广泛使用，对其品质因子、谐振频率等关键参数的器件级测试显得尤为重要。本文提出了一种简单有效的加速度计品质因子测试方法——阶跃响应测试法，详细分析了其测试原理及测试结果，并与传统的静电激励扫频测试法进行了对比。结果表明：两种测试方法中等效电刚度的不同，造成了测试结果的差异。

高Q值MEMS电容式加速度计因具有很小的机械噪声，满足于高精度测量的需要，但欠阻尼的传感器系统动态性能较差，因此需要在闭环检测电路中通过补偿反馈模块施加电学阻尼，以降低系统Q值，改善系统的动态响应。首先通过MATLAB／SIMULINK仿真建立了带有延时的系统模型，进一步结合实际PCB板的测量，分析了不同反馈补偿参数下的阶跃响应和幅频响应曲线。实验结果表明，合适的反馈补偿参数能有效地降低系统Q值，改善动态响应。最后得出了该电容式加速度计在闭环系统下的较优比例微分参数的选择策略。

设计并制作了一种新型的基于Si塑性变形的二维驱动器,驱动器由外围垂直驱动和内部水平驱动两部分组成。驱动器的制作采用普通Si片Si-Si键合技术,首先在结构片正面制作出绝缘填充槽,以实现垂直驱动部分和水平驱动部分的电绝缘,然后利用DR IE干法刻蚀技术释放结构,最后通过Si的塑性变形工艺使驱动器外围垂直驱动部分的可动梳齿和固定梳齿在垂直方向上产生位错,成功制作出二维梳齿驱动器。经测量,驱动器垂直驱动部分可动梳齿和固定梳齿的位错量为19.8μm。