[实用新型]一种基于隧道磁阻效应的高精度双质量硅微陀螺仪装置

说明书

本实用新型公开了一种基于隧道磁阻效应的高精度双质量硅微陀螺仪装置，该装置包括上、下两层：上层为硅敏感结构、下层为布有金属电极和隧道磁阻检测模块的玻璃基底结构。上层结构通过锚点键合在下层结构之上。其中，上层结构由两个完全相同的陀螺仪子结构、一对支撑梁以及一对锚点构成；下层结构由隧道磁阻检测模块、玻璃基底、驱动电极、驱动检测电极、正交电极、线圈输入接口、线圈输入电极、线圈输出接口、线圈输出电极、公共电极以及信号引线构成。本实用新型提出硅微陀螺仪使用微型线圈作为励磁机构，磁场稳定、场强可控、集成度高，同时使用差分式隧道磁阻检测结构，具有抗共模误差能力强、灵敏度高、测量精度高等优点。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)和微惯性导航的测量仪表技术领域，具体涉及到一种基于隧道磁阻效应的高精度双质量硅微陀螺仪装置。

背景技术

硅微陀螺仪具有微型化与集成化、高可靠性、低功耗、易于数字化和智能化、动态性能好等优异性能。随着性能的不断提高，硅微陀螺仪已经取代了部分传统的陀螺仪，在消费类电子产品、汽车工业、生物医药等领域取得了广泛的应用。尽管如此，受限于电容检测的方式，传统的硅微陀螺仪的稳定性、灵敏度等重要指标很难更上一层台阶，因此硅微陀螺仪的应用仍集中于中端、低端领域。基于传统的简谐驱动方式，去探索寻求新的检测方式是提升硅微陀螺仪性能的一个重要方向。

隧道磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜-铁磁材料构成的磁隧道结（MJTs）中，其隧道磁电阻值的大小随两边铁磁材料相对磁化方向和强度变化的效应。隧道磁阻效应对磁场的变化非常敏感，外围环境中微小的磁场变化就将引起磁隧道结阻值的巨大变化。如何将隧道磁阻效应用作硅微陀螺仪的一种检测方式，大幅提高陀螺仪的灵敏度，使陀螺仪的检测精度上升到一个新的台阶成为目前促进研究硅微陀螺仪发展的重要方向。

发明内容

本发明针对目前硅微陀螺仪精度不足，本发明提出了一种基于隧道磁阻效应的高精度双质量硅微陀螺仪装置；该装置由两层结构组成，上层为硅敏感结构、下层为布有金属电极和隧道磁阻检测模块的玻璃基底结构；

所述上层结构包括相互对称设置的第一质量块模块和第二质量块模块；对称设置的第一驱动梳齿模块和第二驱动梳齿模块；对称设置的第一驱动检测梳齿模块和第二驱动检测梳齿模块；以及对称设置的第一支撑梁模块和第二支撑梁模块；

第一驱动梳齿模块与第一质量块模块左侧相连，第一驱动检测梳齿模块与第一质量块模块右侧相连，第二驱动梳齿模块与第二质量块模块右侧相连，第二驱动检测梳齿模块与第二质量块模块左侧相连，第一支撑梁模块和第二支撑梁模块分别位于上层结构中前后侧面的中心位置，并用于支撑并耦合第一质量块模块和第二质量块模块；

所述下层结构包括玻璃基底、两对隧道磁阻检测模块、若干信号引线及金属电极，其中两对隧道磁阻检测模块分别包括第一隧道磁阻检测模块和第三隧道磁阻检测模块；第二隧道磁阻检测模块和第四隧道磁阻检测模块；

其中第一、二、三、四隧道磁阻检测模块由第一、二、三、四隧道磁阻传感器和第一、二、三、四、五、六、七、八输出电极构成；

其中第一、二、三、四隧道磁阻传感器均由六层薄膜构成：从上到下依次为顶层、自由层、隧道势垒层、铁磁层、反铁磁层和底层；

第一、三隧道磁阻检测模块位于第一质量块模块的正下方，通过其内部自由层和铁磁层的两个相对磁化方向的改变来检测并输出第一质量块模块因哥氏加速度而引起的振动位移；

第二、四隧道磁阻检测模块位于第二质量块模块的正下方，用于检测并输出第二质量块模块因哥氏加速度而引起的振动位移；

第一、二驱动梳齿模块、第一、二质量块模块、第一、二驱动检测梳齿模块、第一、二隧道磁阻检测模块、第三、四隧道磁阻检测模块分别左右对称分布于中垂线两侧；第一驱动梳齿模块与第一驱动检测梳齿模块分别位于第一质量块模块的左、右两侧；