[发明专利]基于蜜蜂平衡棒的仿生三维角速度传感器

权利要求书

1.基于蜜蜂平衡棒的仿生三维角速度传感器，其特征在于：包括由有机玻璃制成且上下底面为等腰三角形的三棱柱支架（1），三棱柱支架（1）边长相等的两侧面上均粘结有平衡棒结构；平衡棒结构包括空心框体（2）、位于水平方向上的两个检测梁（3）、以及位于垂直方向上的两个前宽后窄的驱动梁（4）；两个检测梁（3）的一端对称固定于空心框体（2）的相对边上而两个驱动梁（4）的宽端对称固定于空心框体（2）的另两边上，两个检测梁（3）的另一端、两个驱动梁（4）的窄端一起固定在空心框体（2）的中心形成中心柱体（5）；在两个驱动梁（4）上靠近空心框体（2）的部分均依次生长有由Ti/Pt下电极层（6）、PZT压电层（7）、以及Ti/Pt上电极层（8）组成的压电膜层和Si₃N₄绝缘层（9），Si₃N₄绝缘层（9）上开有与Ti/Pt下电极层（6）相通的下引线孔（10）、以及与Ti/Pt上电极层（8）相通的上引线孔（11）；两个检测梁（3）上均固定有阻值为2-3kΩ的P型压阻条（12）；空心框体（2）的各边上均设有两个铝焊盘（14），与检测梁（3）相连的空心框体（2）两边上的铝焊盘（14）通过铝引线（13）与P型压阻条（12）的两端相连，与驱动梁（4）相连的空心框体（2）两边上的铝焊盘（14）通过铝引线（13）分别经上引线孔（11）、下引线孔（10）与Ti/Pt上电极层（8）、Ti/Pt下电极层（6）相连。

2.根据权利要求1所述的基于蜜蜂平衡棒的仿生三维角速度传感器，其特征在于：所述三棱柱支架（1）上下底面的三边边长分别为5mm、5mm、7.07mm，三棱柱支架（1）的高为10mm。

3.根据权利要求1或2所述的基于蜜蜂平衡棒的仿生三维角速度传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（一）、两个平衡棒结构的制备，每个平衡棒结构的制备方法包括如下步骤：

步骤1、取厚度为350um的N型【100】双抛硅片（15），对N型【100】双抛硅片（15）双面热氧化厚度为500nm的Si0₂氧化层（16）；在N型【100】双抛硅片（15）的背面利用光刻工艺形成框体图形区（17），用氢氟酸湿法漂去N型【100】双抛硅片（15）背面除框体图形区（17）外的Si0₂氧化层（16），用深层粒子刻蚀工艺刻蚀框体图形区（17）得到位于框体图形区（17）外的空心框体（2）、以及位于框体图形区（17）内的中心柱体（5）；

步骤2、在N型【100】双抛硅片（15）的正面利用光刻工艺形成位于中心柱体（5）两侧且处于垂直方向并靠近空心框体（2）的两个压电膜图形区，在压电膜图形区上依次溅射厚度为100nm的Ti层和厚度为250nm的Pt层形成Ti/Pt下电极层（6），用Sol-Gel法在Ti/Pt下电极层（6）上溅射厚度为2um的PZT压电层（7），再在PZT压电层（7）上溅射厚度为100nm的Ti层和厚度为250nm的Pt层形成Ti/Pt上电极层（8），从而得到由Ti/Pt下电极层（6）、PZT压电层（7）、以及Ti/Pt上电极层（8）组成的压电膜层；在压电膜层上溅射一层厚度为500-1000nm的Si₃N₄绝缘层（9），在Si₃N₄绝缘层（9）上用湿法刻蚀工艺刻蚀出与Ti/Pt下电极层（6）相通的下引线孔（10）、以及与Ti/Pt上电极层（8）相通的上引线孔（11）；

步骤3、在N型【100】双抛硅片（15）的正面利用光刻工艺形成位于中心柱体（5）两侧且处于水平方向上的两个压阻图形区，在压阻图形区内注入P离子形成阻值为2-3kΩ的P型压阻条（12），在N型【100】双抛硅片（15）的正面用光刻、湿法刻蚀工艺形成位于P型压阻条（12）两端的引线孔；

步骤4、在N型【100】双抛硅片（15）的正面用光刻工艺刻蚀出位于空心框体（2）每边上方的两个焊盘图形区、以及连接焊盘图形区与P型压阻条（12）两端的引线孔、上引线孔（11）、或下引线孔（12）之间的引线图形区，通过溅射工艺在焊盘图形区和引线图形区上溅射一层厚度为3000埃的铝薄膜，得到铝焊盘（14）、铝引线（13）；

步骤5、在N型【100】双抛硅片（15）的正面利用光刻、ICP刻蚀工艺刻蚀并穿透，得到由空心框体（2）、位于垂直方向上的两个驱动梁（4）、以及位于水平方向上的两个检测梁（3）组成的平衡棒结构；

（二）、取有机玻璃加工成上下底面为等腰三角形的三棱柱支架（1），将两个平衡棒结构对称粘接于三棱柱支架（1）边长相等的两侧面上，得到基于蜜蜂平衡棒的仿生三维角速度传感器。