MEMS电容加速度传感器自我标定研究：倾斜影响与误差分析

"这篇研究论文探讨了倾斜梳齿的微电子机械系统(MEMS)电容式加速度传感器的自我标定特性，旨在提高标定效率、降低成本，并分析了深反应离子蚀刻(DRIE)工艺误差对传感器自我标定精度的影响。文章指出，梳齿的倾斜角度对传感器在开环和闭环电路中的自我标定性能有显著影响。" 在微电子机械系统（MEMS）领域，电容式加速度传感器被广泛应用于各种动态测量场景中，如地震监测、车辆安全系统以及消费电子产品等。这种传感器依赖于梳齿结构的电容变化来感知加速度。本文关注的是传感器的自我标定能力，即传感器自身进行校准的能力，这可以减少对外部复杂设备的依赖，提高标定效率，同时降低成本。 文章模拟了机械振动台的标定过程，利用一个梳齿间距为4微米、厚度80微米的传感器模型，研究了在1 g振动幅值下的自我标定效果。研究中特别考虑了DRIE工艺导致的梳齿侧壁倾斜问题。DRIE是一种用于制造高深宽比微结构的常见工艺，但其工艺误差可能导致梳齿出现正负倾斜角度α。 分析结果显示，当传感器工作在开环电路中，梳齿的倾斜会显著影响自我标定的准确性，且倾斜角度越大，误差越大。例如，当倾斜角为±0.1°时，自我标定误差约为10%；而当倾斜角达到0.5°时，误差上升到约27%，甚至在-0.5°时，梳齿可能发生吸合，导致测量失效。然而，当传感器在闭环电路下工作时，梳齿倾斜对自我标定的影响显著降低，即使倾斜角小于±0.5°，自我标定误差也能控制在0.6%以内，接近于激光干涉仪绝对标定法的精度。 这项研究的重要性在于，它揭示了在设计和制造MEMS电容式加速度传感器时，必须精确控制DRIE工艺，以减少梳齿倾斜对传感器性能的影响。通过优化工艺参数，可以实现更准确的自我标定，从而提升传感器的整体性能和可靠性。此外，对于传感器的工作模式选择，开环和闭环电路的不同表现也为企业和研究者提供了设计和应用上的参考。 此研究还得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等多个项目的资助，体现了在MEMS传感器技术领域的深入研究和持续投入。论文的发表时间是2013年10月，反映了当时对MEMS传感器自我标定技术的关注和研究进展。