硅微加速度传感器是MEMS器材中的一个重要分支，具有非常宽广的运用远景。因为硅微加速度传感器具有呼应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等长处，并且 该种传感器在强辐射效果下能正常作业，使其近年来发展迅速。与国外比较，国内对硅微传感器的研讨起步较晚，所做的作业首要会集在硅微加速度传感器的加工制 造和理论研讨。文中以双端固支式硅微加速度传感器为研讨目标，凭借Aasys软件对其功能进行仿真剖析，然后选出功能优秀的结构方式。
1 传感器结构及作业原理
压阻式加速度传感器是最早开发的硅微加速度传感器，弹性元件的结构方式一般均选用微机械加工技能构成硅梁外加质量块的方式，运用压阻效应来检测加速度。在 双端固支梁结构中，质量块像活塞相同上下运动，该结构方式的传感器示意图，如图1所示。
2 压阻式加速度传感器
压阻式加速度传感器是最早开发的硅微型加速度传感器，也是当时运用较多的一种。20世纪80年代初，美国斯坦福大学的Roylance和Angell宣布 了第一篇介绍硅微型加速度传感器的文章后，全硅传感器开端面世。跟着对硅微型加速度计原理研讨的深化以及工艺完成的多样性，硅微型加速度传感器的品种日益 繁复，各种运用于不同场合下的硅微型加速度计层出不穷，对硅微型加速度计的研讨也越来越遭到人们的注重。
压阻式加速度传感器体积小、频率规模宽、丈量加速度的规模宽，直接输出电压信号，不需求杂乱的电路接口，大批量出产时价格低廉，可重复出产性好，可直接测 量接连的加速度和稳态加速度，但对温度的漂移较大，对装置和其它应力也较灵敏，它不具有某些低gn值丈量时所需的准确度。
3 压阻式硅微加速度传感器结构方式
3．1 结构方式
压阻式加速度传感器的弹性元件一般选用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑，并在悬臂梁上制造电阻，连接成丈量电桥。在惯性力效果下质 量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随应力的效果而发生改变，引起丈量电桥输出电压改变，以此完成对加速度的丈量。
压阻式硅微加速度传感器的典型结构方式有很多种，已有悬臂梁、双臂梁、4梁和双岛-5梁等结构方式。弹性元件的结构方式及尺度决议传感器的灵敏度、频响、 量程等。质量块能够在较小的加速度效果下，使得悬臂梁上的应力较大，进步传感器的输出灵敏度。在大加速度下，质量块的效果或许会使悬臂梁上的应力超越屈从 应力，变形过大，致使悬臂梁开裂。为此高gn值加速度拟选用质量块和梁厚持平的单臂梁和双臂梁的结构方式，如图2和图3所示。
3．2 梁结构的有限元模型
Aasys是一个可在微机上运用的综合性有限元软件，是微机电体系规划中广泛运用的有限元剖析软件。经过有限元的剖析核算能够猜测悬臂 梁上引力散布、固有频率、可测最大加速度等，然后辅导梁结构参数的选取。经过对梁结构有限元的核算剖析选取单臂梁、双臂梁结构参数，如表1所示。
由有限元核算成果，能够得到单臂梁和双臂梁上在10 000gn加速度效果下压阻元件所受的均匀应力，如表2所示。
4 压阻式硅微型加速度传感器加工工艺
压阻式传感器的悬臂梁常选用CVD工艺在硅片上外延成长一层外延层刻蚀而成，文中试用键合工艺制造压阻式加速度传感器。选用键合工艺长处是能得到高质量的 外延层，且悬臂梁的厚度经过硅片减薄工艺易于得到确保，精密的硅片单面研磨，厚度差错能够控制在0．5 μm以内；且不需求电化学自中止腐蚀，依托EPW腐蚀液对SiO2的腐蚀速度极慢，使得腐蚀进程中止在SiO2层上，然后确保了硅片减薄后的厚度即为弹性 梁的厚度。制造的传感器芯片尺度3 mm×5 mm，封装在陶瓷管壳中。选n型硅片，晶向（100），直径为50mm，厚度为300μm，电阻率为5～12 Ω·cm。
5 加速度传感器功能测验与成果剖析
5．1 冲击实验
高gn值硅微型加速度计的灵敏度很低，在小加速度下几乎没有信号输出，只要进行冲击实验，才干查验其功能。为此，常温下冲击实验在马希 特击锤上进行。
将规范传感器和被标定传感器一起固定在马希特击锤的锤头上，分别对单臂梁和双臂梁结构的加速度传感器样品在不同的齿数下进行冲击实验。过载实验可到达12 000 gn而不失效，加速度传感器冲击测验规模到2 500 gn。
5．2 测验成果剖析
经过对被测验加速度传感器输出电压与加速度之间联系的剖析，其根本归于线性联系，选用一元线性回归模型对被测验传感器数据进行直线拟 合，其成果，如图5所示。
关于悬臂梁结构的硅微型加速度传感器，在其它结构尺度相同的情况下，梁的厚度对加速度传感器的灵敏度影响最大，根本上是反比的联系。这是因为在相同 的载荷下，梁厚与应力巨细成反比，而应力巨细直接影响灵敏度，应力越大灵敏度越高。因为加工出芯片梁的厚度比规划值误差较大，故其测验灵敏度比规划值小， 如表3所示。
在质量块尺度必定的情况下，梁的长度-与灵敏度成正比，梁的宽度与灵敏度成反比。在梁的尺度必定情况下，质量块的质量与灵敏度成正比。
