[发明专利]加速度计结构及其制备方法、加速度测量方法

说明书

本发明提供一种加速度计结构及其制备方法、基于所述加速度计结构的加速度的测量方法，其中，所述加速度计结构包括：具有凹槽结构的基底，悬浮在凹槽结构上的测试质量块、纳米系链及纳米光子晶体测量单元，纳米光子晶体测量单元中形成有光子晶体谐振腔，以基于光子晶体谐振腔的共振频率表征测试质量块受到的加速度。本发明提供一种基于光弹性的光‑微机械加速度计结构，使用基于光子晶体纳米腔(光子晶体谐振腔)的腔谐振张力传感器来测量施加于芯片的加速度对光子晶体纳米腔的张力，质量块受加速度产生位移并由位移产生张力，张力集中在光子晶体纳米腔，测量精准，分辨率效果好，且基于光子晶体纳米腔还可以增加光弹性光‑机械耦合。

技术领域

本发明属于加速度测量技术领域，特别是涉及一种加速度计结构及其制备方法、加速度测量方法。

背景技术

加速度计是测量载体线性加速度的元件，在惯性导航、惯性制导和控制检测设备领域有重要作用，目前广泛应用于航空、航海、车辆、消费电子、医疗、武器制导等领域。加速度计领域经历数十年发展已形成诸多种类。其中光学加速度计以其抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等特点成为近年来国内外加速度计的研究热点。而现代光纤传感技术、微机械制造技术的发展为光学加速度计的研究提供了有利条件。

对于从机械系统维护、惯性导航到消费电子产品的各种应用，加速度的监视至关重要。加速度计的基本操作原理是测量可灵活安装的测试质量块的位移或者受力。目前，技术上，可以使用电容、压电、隧道电流或光学技术来实现敏感位移或者受力测量。但是，传统的光学加速度计要么不允许芯片级集成，要么涉及庞大的测量质量，其功能单一，同时生产成本及其高昂，限制了其在民用市场中的应用。微机电惯性测量元件(MEMS IMU)拥有尺寸小，功耗低，成本低的优势，但是其精度，测量范围和频宽都无法满足未来应用的需求。

因此，如何提供一种新型的加速度计结构、制备方法以及加速度测量方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种加速度计结构及其制备方法、加速度测量方法，用于解决现有技术中加速计的测量精度受限、传统光学加速度计难以进行有效集成等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种加速度计结构，包括：

基底，所述基底中形成有凹槽结构；

测试质量块，悬浮在所述凹槽结构上方；

纳米系链，悬浮在所述凹槽结构上方，并连接所述测试质量块与所述基底；

纳米光子晶体测试测量单元，悬浮在所述凹槽结构上方，并连接所述测试质量块与所述基底，其中，所述纳米光子晶体测量单元中形成有光子晶体谐振腔，以基于所述光子晶体谐振腔的共振频率变化表征所述测试质量块受到的加速度。

可选地，定义所述测试质量块的受力方向为第一方向，与所述第一方向垂直的方向为第二方向，其中，所述纳米系链的数量为偶数个，且分布在所述测试质量块的两侧，并关于所述第一方向对称设置，所述纳米光子晶体测量单元设置在所述测试质量块的一侧，并相对于所述测试质量块设置在所述第一方向上。

可选地，所述纳米系链沿所述第二方向的长度介于50μm-1mm之间，所述纳米系链沿所述第一方向的宽度介于300nm-10μm之间。

可选地，所述测试质量块的材料包括氮化硅及硅中的任意一种；所述纳米光子晶体测量单元的材料包括氮化硅及硅中的任意一种；所述纳米系链的材料包括氮化硅及硅中的任意一种。

可选地，所述加速度计结构还包括光波导结构，所述光波导结构与所述光子晶体谐振腔相连接或在其附近。

可选地，基于光-机械耦合率设置所述光子晶体谐振腔，其中，所述光-机械耦合率g表示为：g₀是单光子耦合率，是光子晶体谐振腔中的光子数。