静电驱动与检测技术被大规模地应用于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微电子机械系统)转换器与传感器中,具有灵敏度高、响应速度快、精度高、容易制造与加工以及易于与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)技术相集成等优点。本论文以微电子机械系统中的直线轮廓平行板电容结构为研究对象,结合其在电容式微加速度计和谐振式微加速度计的应用特点,总结得出“弹簧—质量—电容”结构的三种宏模型形式：单弹簧单电容模型、双弹簧单电容模型和单弹簧双电容模型,课题研究了三类模型的结构组成、误差模型、机电耦合特性及其在微加速度计中的应用技术,主要研究内容包括以下几个方面：1.根据MEMS平行板电容器的应用特点提取出了“弹簧—质量—电容器”宏模型,并分析了弹簧、质量与电容器在微电子机械系统中的表现形式。重点研究了两类折叠梁形式的“微弹簧”结构的刚度误差依赖性,指出了“内折叠分散桁架”的折叠梁结构在正偏差影响下刚度误差灵敏度较小；结合微工艺深刻蚀特点得出：选用内折叠分散桁架结构来支撑微器件中的可动质量块具有工艺简单、误差灵敏度较小、易于扩展等优点。2.分析了宏模型的静电刚度效应与“吸附”效应等机电耦合特性。研究了开、闭环刚度的形成条件及解析表达式,以及双弹性支撑下结构位移刚度的耦合特性；运用能量法研究了阶跃电压下的宏模型响应,得出了结构发生“吸附”现象的刚度比为1/4;分析了双电容结构“吸附”电压的间隙误差依赖性,其理论结果与仿真分析结果的相对误差小于5%.3.结合双电容宏模型的闭环刚度特性研究了力平衡式微加速度计在线性反馈电压下的机电耦合特性及位移刚度“刚化”与“软化”效应；结合微加工工艺特点,重点研究了间隙非对称误差与电路零偏情况下的机电耦合特性及其对加速度计输出零偏的影响。指出了在深度反馈条件下,间隙非对称误差对零偏输出的影响远大于电路零偏的影响,并在此结论的基础上提出了结合解析法与逆标度法的微加速度计表芯加工工艺线非对称误差预测技术,得出的预测结果与经验值相吻合。此预测技术合理地运用了成熟器件与加工工艺的特点,将机电耦合的理论结果应用到工程实践中来满足工程实际需求,为MEMS结构研究开辟了新的方法。4.基于机械刚度与静电刚度耦合原理,提出静电刚度与谐振原理相结合的理论分析方法,设计出了基于静电刚度变化的谐振式微加速度计表芯结构。整个结构设计过程包括了谐振原理与静电刚度结合理论、静电刚度谐振器设计及频率鲁棒性设计与输入输出关系推导以及性能参数设计与版图尺寸确立。在运用静电刚度与谐振原理相结合的理论结果设计表芯结构及尺寸时,考虑到了频率的鲁棒性条件,使加工完成的样机灵敏度与设计值十分接近,整个结构仅经历两次制版与加工就达到了预期设计指标。这不仅说明理论结果的正确性,还说明了理论设计的有效性,降低了性能参数的工艺依赖性,提高了结构设计效率。5.运用微工艺的深反应离子刻蚀技术(DRIE, Deep Reaction Ion Etching)与硅微键合技术制造出了加速度计的表芯结构,并通过原理样机的离心机测试验证了理论的正确性与有效性。本论文运用宏模型原理分析MEMS平行板电容器的机电耦合特性,简化了复杂系统的分析过程,使理论推导过程更明确更直观。提出了运用机械场与静电场的耦合效应来开辟MEMS设计分析新方法,包括基于电路参数补偿的鲁棒性设计方法、基于系统测试的工艺误差预测方法以及基于静电刚度的微谐振器研制等。