[發明專利]能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計

無效

• 申請號: 200810080057.1
• 申請日: 2008-12-06
• 公開（公告）號: CN101430340A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 張文棟;閆樹斌;沈三民;張會新;任小紅;荊彥峰;王少輝;吉喆;王寶花;姜國慶;嚴英占;趙軍;張榮彥
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01P15/12
• 分類號: G01P15/12;B81B7/00
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所
• 代理人: 朱 源

技術領域

本發明涉及硅微壓阻式加速度計，具體是一種能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計。

背景技術

硅微壓阻式加速度計的設計思路來源于壓力傳感器，早在1977年美國Stanford大學、加州大學Berkley分校和Draper實驗室采用微機械加工工藝生產的硅微加速度計就是采用壓阻檢測方法，其應用體硅加工工藝在硅基上加工出懸臂梁和質量塊，并在懸臂梁上采用離子注入工藝制作壓敏電阻，通過連接構成惠斯通電橋。當有加速度作用于質量塊時，會導致懸臂梁發生與加速度大小成正比的應變，而嵌在懸臂梁上的壓敏電阻的阻值會由于壓阻效應發生與懸臂梁應變成正比的變化，進而引起惠斯通電橋輸出電壓的變化，根據輸出電壓的大小可以直接反映加速度值的大小。

隨著對硅微壓阻式加速度計原理的研究深入以及工藝實現的多樣性，應用于不同場合下的硅微壓阻式加速度計層出不窮。但由于目前離子注入工藝然很難精確地控制離子注入的濃度，因此也就難以保證由離子注入工藝制得高精度的壓敏電阻，進而導致由壓敏電阻所連接構成的惠斯通電橋存在不平衡，而直接導致零點漂移，除此之外，采用離子注入工藝制作的壓敏電阻阻值受溫度的影響變化較大，所以零點漂移隨著溫度的變化也在變化。這樣，硅微壓阻式加速度計在溫度范圍較大的環境會產生更大的測量誤差。

目前，為降低硅微壓阻式加速度計的零點漂移，傳統的補償方法是在硅微壓阻式加速度計惠斯通電橋的橋臂上串聯外圍可變電阻，通過調節外圍可變電阻使惠斯通電橋在沒有加速度輸入時其輸出為零。對于三軸加速度計來講，由于提前并不知道惠斯通電橋的輸出為正還是負，所以一般在惠斯通電橋的兩橋臂上分別串聯一個外圍可變電阻，也就是說需要六個外圍可變電阻才能調零X軸、Y軸、Z軸的惠斯通電橋，從而使X軸、Y軸、Z軸的惠斯通電橋達到平衡。以一具體四邊八梁三軸硅微壓阻式加速度計為例，如圖1-5所示，其中，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R12、R13、R14、R15的阻值為1K，電阻R9、R10、R11的阻值為4K，構成三個分測三軸方向加速度的惠斯通電橋；按照傳統方法，每個惠斯通電橋的任意兩個橋臂上分別串聯外圍可變電阻，附圖中電阻R3′和R4′、電阻R5′和R6′、電阻R8′和R9′分別為Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋的外圍可變電阻，通過調節外圍可變電阻可使Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋的+O1與-O1、+O2與-O2、+O3與-O3之間的輸出電壓為零，進而消除零點漂移。

但是由于外圍可變電阻材料的溫度特性與懸臂梁上利用離子注入工藝形成的壓敏電阻的溫度特性不同，這就導致在沒有加速度的情況下，加速度計惠斯通電橋的輸出會隨著溫度的變化有所變化，而且隨著環境溫度與調零溫度偏離的增大，加速度計惠斯通電橋的輸出會越大，這就限制了加速度計工作的溫度范圍，并且增加了加速度計的誤差。因此，對硅微壓阻式加速度計溫度特性改善方法的研究越來越受到人們的重視。

發明內容

本發明為了改善硅微壓阻式加速度計的溫度特性，減少溫度漂移，提供了一種能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計。

本發明是采用如下技術方案實現的：能降低溫漂的硅微壓阻式加速度計，包括由體硅加工工藝在硅基上加工制作的硅基框體、懸臂梁、通過懸臂梁支懸于硅基框體中間的質量塊，由離子注入工藝加工而成的設置于懸臂梁與質量塊、硅基框體的固定端部(即應力最大且線性變化的區域)的應變壓敏電阻、和設置于硅基框體上的基準壓敏電阻，以及設置于硅基框體外的外圍調零電阻；外圍調零電阻與應變壓敏電阻、基準壓敏電阻連接構成單個測單軸方向加速度的惠斯通電橋，或者三個分測三軸方向加速度的惠斯通電橋，外圍調零電阻單獨作為惠斯通電橋的一個橋臂，且所述外圍調零電阻為采用離子注入工藝在另一相同特性的硅基上制作的壓敏電阻，在制作該壓敏電阻時通過控制離子注入速度對包含該壓敏電阻的惠斯通電橋進行調零，即當惠斯通電橋的輸出接近零時降低制作該壓敏電阻的離子注入速度，當惠斯通電橋的輸出為零時停止離子注入。

同樣，以一具體四邊八梁三軸硅微壓阻式加速度計為例，如圖6-10所示，其中，電阻R10、R12和R14為外圍調零電阻，并分別作為Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋的一個橋臂與其它壓敏電阻連接構成Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋，且其制作工藝與懸臂梁上壓敏電阻的制作工藝完全相同，并在硅基上采用離子注入工藝制作該用作外圍可變電阻的壓敏電阻同時對加速度計的惠斯通電橋進行調零，以使Z軸、X軸、Y軸惠斯通電橋的+O1與-O1、+O2與-O2、+O3與-O3之間的輸出電壓為零，消除零點漂移。這樣，如是單軸硅微壓阻式加速度計，只需要制作、調節一個壓敏電阻就可以了。