[发明专利]静电驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电技术领域的微陀螺，具体地，涉及一种静电驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法。

背景技术

陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的作用。随着国防科技和航空、航天工业的发展，惯性导航系统对于陀螺仪的要求也向低成本、小体积、高精度、高可靠性、能适应各种恶劣环境的方向发展。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利“双轴MEMS陀螺仪”，专利申请号：201020033300.7，利用MEMS体硅和键合工艺，在硅片上加工出具有弹簧和质量块的悬臂梁结构与空腔结构，通过在上下和侧面电极与质量块上施加单一特定频率的电压信号，对质量块施加静电力使得质量块振动；当有外界角速度输入时，在科氏力作用下，振动会转移到另外一个轴上去，通过检测电极电容可以检测角速度的变化。

此技术存在如下不足：该陀螺仪采用传统的弹簧-质量块的结构模型，所得到的信号灵敏度不高，Q值较低，零漂过大，抗冲击性差；此外，在施加静电力的过程中，需要对质量块也要施加接地电压，该接触对于器件的性能无疑会产生一定的影响，并且在加工复杂度上无疑大大增加。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种静电驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法，该陀螺仪采用非接触式的电极结构，对谐振子的振动影响更小。同时，其体积小，结构简单，品质因数大，加工工艺易于实现，能够同CMOS工艺兼容，抗冲击，不需要真空封装，适用于批量化生产。

根据本发明的一个方面，提供一种静电驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺，包括不带释放孔的圆盘振子、基板、圆柱形的支撑柱、驱动电极、检测电极和公共电极，其中：所述圆盘振子通过所述支撑柱固定于所述基板上，所述圆盘振子垂直于基板的z轴；所述驱动电极、所述检测电极和所述公共电极呈圆周分布于所述基板上，并与所述圆盘振子平行且有一间隙；所述驱动电极、所述检测电极和所述公共电极，按照两个驱动电极、一个公共电极、两个检测电极、一个公共电极、两个驱动电极的排列顺序，交叉循环设置；所述公共电极设置于两个所述驱动电极与两个所述检测电极之间。

优选地，所述驱动电极、所述检测电极和所述公共电极与圆盘振子间隙为2-3微米。

优选地，每两个相邻的所述驱动电极为一组，分别施加大小相等符号相反的一组直流驱动电压信号以及大小相等相位相反的一组交流激励信号；每一组所述驱动电极形成一个电容，用于施加静电力驱动振子产生驱动模态。

优选地，每两个相邻的所述检测电极为一组，分别施加大小相等符号相反的一组直流驱动电压信号以及大小相等相位相反的一组交流载波信号；每一组所述驱动电极形成一个电容，用于检测静电力驱动振子产生检测模态。

优选地，所述圆盘振子是金属或者其他导体，且在所述圆盘振子的下表层设置金属导电体。

根据本发明的另一个方面，提供一种静电驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺的制备方法，具体步骤如下：

(1)将基板清洗干净，烘干，在正面通过光刻工艺，溅射形成金属电极；

(2)在基板上沉积多晶硅层，厚度为2-3微米；

(3)通过光刻掩模，刻蚀多晶硅层，保留支撑柱和阻挡层；

(4)将另一个基板清洗干净，烘干，在正面通过光刻掩模工艺，刻蚀形成圆盘振子；

(5)利用键合的方法将两块基板键合起来，形成一体化的结构；

(6)利用湿法刻蚀的手段将上部多余结构去除，释放谐振结构。