硅微压阻式加速度传感器

硅微加速度传感器是技术成熟并得到实际应用的硅微机械传感器。它广泛应用于工业自动控制、汽车及其他车辆，振动及地震测试，科学测量、军事和空间系统等方面。随着以计算机为代表的现代科学技术的发展，传感器需求量迅速增长。利用改进的半导体工艺加工的硅微加速度传感器具有体积小，重量轻、便于大批量生产、廉价且性能优越等一系列特点，近年来发展很快，出现了适用于不同需要的多种形式的硅微加速度传感器。

绝大多数加速度计是由一个有质量的弹性系统构成。在恒定加速度的作用下，质量块将偏离它的平衡位置(零加速度位置)，直至弹性力足以使质量块产生加速度为止。在这个过程中、弹性力和加速度均与质量块的位置偏移成正比。此处所介绍的硅微压阻式加速度传感器就是一种典型的硅微加速度传感器，下面将针对其原理、结构和特性进行介绍。

压阻式加速度传感器是最早开发的硅微加速度传感器。1979年美国斯坦福大学的L.M.Rolance和Angell发表了第一篇介绍硅微加速度传感器的文章，其传感方式就是压阻式的。图15-17是这种加速度传感器的原理示意图。惯性质量块由悬臂梁支撑，在加速度为a的惯性场中，由于惯性力的作用，质量块上下运动，使质量块发生与加速度a成正比的形变，在悬臂梁上产生应力和应变。在悬臂梁上制作一个扩散电阻，根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化。将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化，可以完成对加速度的测量。处于悬臂梁的根部应变最大，所以为提高传感器的灵敏度，应变电阻制作在靠近悬臂梁根部的位置，在基片的固定部分制作了另一个电阻，以补偿由温度变化引起的输出漂移。这种传感器是为测量心脏壁的运动研制的，它的外形尺寸为2mm×3mm×0.6mm，质量为0.02g，测量范围为±200g，最大过载量为600g，灵敏度为0.05mV/(g·V），一阶共振频率为2.33kHz，线性度为±1%，横向灵敏度为10%。

加速度计的上下两层玻璃盖采用标准的集成电路TO-5型管壳和双列式封装结构。两玻璃盖板各腐蚀出一个槽井，使梁能偏转到给定距离。玻璃盖用静电键合的方法密封到硅梁的厚边框上，以形成一个内含梁、重物和悬臂结构的密封腔。芯片采用N型（100）硅晶片，先热氧化成1.5μm厚的氧化层，再进行两次光刻和扩散，以形成10Ω的P+接触和100Ω的P型电位器。在硅片下表面刻出梁周围空气隙和窗孔，在梁的下表面及空气隙区用KOH溶液腐蚀，待硅从窗孔中小时即终止腐蚀。

两玻璃盖板用7740型玻璃制造，线制成圆形并抛光达到光学平整度，然后用30%HNO3和70%HF混合做腐蚀液，用Cr-Au膜做掩膜，在一块玻璃盖和芯片之间，使两者键合密封。