一種單軸壓電加速度計制造技術

一種單軸壓電加速度計，涉及壓電加速度計。提供可提高加速度計靈敏度，增加其頻率帶寬的一種單軸壓電加速度計。設有質量塊，質量塊呈長方體，在質量塊的頂部兩側分別沿設左梁和右梁，左梁、右梁與質量塊成一體，在左梁上表面設有左梁左壓電片和左梁右壓電片，在右梁上表面設有右梁左壓電片和右梁右壓電片；在各壓電片的上表面均設有一層Al電極，在各壓電片的下表面均設有一層Pt/Ti電極。將三個方向加速度的檢測分配到每一個器件上；獲得了較高的電荷靈敏度，三個方向上的檢測之間不會存在串擾，通過采用對稱連接和反對稱連接，有效避免了各個方向檢測之間的串擾；提高了加速度計的動態頻寬。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及壓電加速度計，尤其是涉及可檢測不同方向加速度的一種單軸壓電加速度計。
技術介紹
MEMS微機械加速度計具有體積小、重量輕、功耗小、測量精度高、穩定性好、易批量生產等特點，已成為微傳感器的一個重要發展方向。常見的加速度計多為單軸加速度計，而微慣性系統及其他一些應用場合往往需要雙軸或三個單軸加速度計組合，因此會產生測量精度低、體積大等缺點。采用壓電材料制作的微加速度計在低能耗、簡單的檢測電路、高靈敏度以及固有溫度穩定性方面有很大的優勢。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供可提高加速度計靈敏度，增加其頻率帶寬的一種單軸壓電加速度計。本專利技術設有質量塊，質量塊呈長方體，在質量塊的頂部兩側分別沿設左梁和右梁，左梁、右梁與質量塊成一體，在左梁上表面設有左梁左壓電片和左梁右壓電片，在右梁上表面設有右梁左壓電片和右梁右壓電片；在各壓電片的上表面均設有一層Al電極，在各壓電片的下表面均設有一層Pt/Ti電極。所述質量塊采用娃材料，在娃材料上、下表面沉積氮化娃薄膜，質量塊的厚度可為300?700 μm,氮化娃薄膜的厚度可為0.5?3 μπι，氮化娃薄膜的邊長可為8000?12000 μπι ；左梁的厚度可為20?50 μ m，左梁的長度可為1500?2500 μ m，左梁的寬度可為8000?12000 μ m。右梁的厚度可為20?50 μ m，右梁的長度可為1500?2500 μ m，右梁的寬度可為8000?12000 μ m。所述左梁和右梁最好對稱分布。左梁左壓電片可設前左梁左壓電片和后左梁左壓電片，左梁右壓電片可設前左梁右壓電片和后左梁右壓電片，右梁左壓電片可設前右梁左壓電片和后右梁左壓電片，右梁右壓電片可設前右梁右壓電片和后右梁右壓電片。各壓電片的材料可采用PZT材料，具體成分為PbZra52Tia48O3，各壓電片的厚度可為3?ΙΟμπ?。左梁左壓電片與左梁右壓電片的距離可為100 μπι，右梁左壓電片與右梁右壓電片的距離可為100 μ m。制備時，首先采用低氣壓化學氣相沉積(LPCVD)方法，在硅片表現沉積一層氮化硅薄膜，經過曝光、濺射、剝離、腐蝕等方法依次制作底部電極、壓電片、頂部電極這三個結構，再用反應離子刻蝕法除去被曝光部分的氮化硅薄膜，采用干法刻蝕或濕法刻蝕去除相應的硅體，得到質量塊和梁。本專利技術的技術方案是基于壓電效應的原理。本專利技術的工作原理:當質量塊受到一個慣性力時，質量塊產生一個微小的位移，這個位移使得梁發生線性形變，帶動梁上壓電片形變，由于壓電效應的作用，在壓電片的上下電極將產生電荷，通過檢測電荷可以計算得到慣性力的大小，進而計算獲得加速度的大小。用于檢測沿z軸方向加速度的加速度計，其質量塊兩側各一個梁。每個梁上有兩個壓電片，此時不同壓電片之間的電極采用反對稱的連接方式。當沿z軸方向有加速度時，左右兩個梁的變形對稱，由于電荷累加，有輸出信號；當沿X軸方向有加速度時，梁的變形為反對稱變形，此時連接方式使得不同性的電荷相互中和，沒有輸出信號；當沿y軸有加速度時，梁的變形非常小，并且產生的不同性電荷由于連接方式相互中和，沒有輸出信號。本專利技術的有益效果如下:其一是將三個方向加速度的檢測分配到每一個器件上；其二是獲得了較高的電荷靈敏度，傳統的加速度計的電荷靈敏度大約為幾皮庫侖，而本專利技術的微加速度計的z軸電荷靈敏度約為30pC/g，x、y軸電荷靈敏度約為8pC/g ;其三是三個方向上的檢測之間不會存在串擾，通過采用對稱連接和反對稱連接，有效避免了各個方向檢測之間的串擾；其四是提高了加速度計的動態頻寬，本專利技術的壓電式微加速度計動態頻寬在X軸和I軸上可達3000Hz，而z軸的動態頻寬可達5600Hz，遠高于目前的電容式微加速度計的通常400Hz左右的工作頻寬。【附圖說明】圖1為本專利技術實施例1的結構示意圖。圖2為本專利技術實施例2的結構示意圖。【具體實施方式】實施例1如圖1所示，本實施例設有質量塊1，質量塊I呈長方體，在質量塊I的頂部兩側分別沿設左梁21和右梁22，左梁21、右梁22與質量塊I成一體，在左梁21上表面設有左梁左壓電片31和左梁右壓電片32，在右梁22上表面設有右梁左壓電片33和右梁右壓電片34 ;在各壓電片的上表面均設有一層Al電極，在各壓電片的下表面均設有一層Pt/Ti電極。所述質量塊I采用娃材料，在娃材料上、下表面沉積氮化娃薄膜，質量塊I的厚度可為300?700 μm,氮化娃薄膜的厚度可為0.5?3 μπι，氮化娃薄膜的邊長可為8000?12000 μπι ；左梁的厚度可為20?50 μ m，左梁的長度可為1500?2500 μ m，左梁的寬度可為8000?12000 μ m。右梁的厚度可為20?50 μ m，右梁的長度可為1500?2500 μ m，右梁的寬度可為8000?12000 μ m。所述左梁和右梁最好對稱分布。各壓電片的材料可采用PZT材料，具體成分為PbZra52Tia48O3，各壓電片的厚度可為3?ΙΟμπ?。左梁左壓電片31與左梁右壓電片32的距離可為100 μπι，右梁左壓電片33與右梁右壓電片34的距離可為100 μ m。整個器件上共4片壓電片，壓電片位于梁上，壓電片的上下方均有金屬電極，當檢測沿z軸方向加速度時，z軸檢測的靈敏度為50.7128pC/g，帶寬為4000Hz ;當檢測沿x軸方向加速度時，X軸檢測的靈敏度為8.1781pC/g，帶寬為2900Hz。由于采用反對稱連接方式，4片壓電片兩兩分別位于兩個相對的梁上，當z軸方向有加速度時，梁為對稱變形，左梁左壓電片31與右梁左壓電片33的頂部電極產生相同電性的電荷，左梁右壓電片32與右梁右壓電片34壓電片的頂部電極產生相同電性的電荷并且與左梁左壓電片31與右梁左壓電片33的頂部電極相反；當X或y軸有加速度時，左梁左壓電片31和右梁右壓電片34產生相同電性的電荷，左梁右壓電片32和右梁左壓電片33產生相同電性的電荷，并且與左梁左壓電片31、右梁右壓電片34電性相反，梁左壓電片31、左梁右壓電片32、右梁左壓電片33、右梁右壓電片34電極上產生的電荷量相同，由于連接方式，使得左梁左壓電片31和右梁左壓電片33上產生的電荷中和抵消，左梁右壓電片32與右梁右壓電片34上產生的電荷中和抵消，因此兩組電極間無電荷。當x、y軸方向加速度檢測時，采用反對稱連接方式，4片壓電片兩兩分別位于兩個相對的梁上，當z軸方向有加速度時，梁為對稱變形，左梁左壓電片31和右梁左壓電片33壓電片的頂部電極產生相同電性的電荷，左梁右壓電片32與右梁右壓電片34壓電片的頂部電極產生相同電性的電荷并且與左梁左壓電片31和右梁左壓電片33相反，梁左壓電片31、左梁右壓電片32、右梁左壓電片33、右梁右壓電片34上產生的電荷量相同，左梁左壓電片31、右梁右壓電片34之間的電荷中和抵消，左梁右壓電片32、右梁左壓電片33上的電荷中和抵消，因此z軸有加速度時兩組電極之間無電荷差；當X或y軸有加速度時，左梁左壓電片31、右梁右壓電片34產生相同電性的電荷，左梁右壓電片32、右梁左壓電片33產生相同電性的電荷，并且與左梁左壓電片31、右梁右壓電片34電性相反，梁左壓電片31、左梁右壓電片32、右梁左壓電片33、右梁右壓電片34電極上產生的電荷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單軸壓電加速度計，其特征在于設有質量塊，質量塊呈長方體，在質量塊的頂部兩側分別沿設左梁和右梁，左梁、右梁與質量塊成一體，在左梁上表面設有左梁左壓電片和左梁右壓電片，在右梁上表面設有右梁左壓電片和右梁右壓電片；在各壓電片的上表面均設有一層Al電極，在各壓電片的下表面均設有一層Pt/Ti電極。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭航，王建艷，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：福建;35