【摘 要】
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磁场传感器目前已经充斥于人类社会生活的各个角落,它帮助我们获得了海量的存储空间,实现了汽车、轮船和飞机的精确度导航和定位,使我们能够获取异常微弱的信号和探索危险以及人类不能够到达的领域。随着微电子机械系统(MEMS)设计与加工技术的不断进步,使得便携式磁场传感器成为可能。本文基于目前国外MEMS磁场传感器的现状,提出了一种新型的梳状谐振式磁场传感器。它采用静电激励和静电检测,通过罗伦兹力的反馈将磁
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磁场传感器目前已经充斥于人类社会生活的各个角落,它帮助我们获得了海量的存储空间,实现了汽车、轮船和飞机的精确度导航和定位,使我们能够获取异常微弱的信号和探索危险以及人类不能够到达的领域。随着微电子机械系统(MEMS)设计与加工技术的不断进步,使得便携式磁场传感器成为可能。
本文基于目前国外MEMS磁场传感器的现状,提出了一种新型的梳状谐振式磁场传感器。它采用静电激励和静电检测,通过罗伦兹力的反馈将磁场的大小转变为频率输出,具有较高的灵敏度。同时,基于SOI硅片和背面腐蚀的后处理工艺,提出了U型、E型、翘翘板型、板型和罗盘式五种结构。利用在结构表面的通电导线在磁场中受到罗伦兹力这一原理来检测磁场的大小。通过采用谐振的方式,使得微小罗伦兹力的效果放大。通过合理设计压阻以及固态三层电容,检测传感器谐振时发生的形变。在理论分析中,采用薄板近似理论得到了薄板振动方程和一般解,并用多刚体动力学的方法以翘翘板结构为例进行动态特性分析,给出了嵌入约束的Apell方程。最后对于U型结构,进行简化模型计算,得到的本征频率与实验结果有较好的吻合。采用ANSYS有限元软件模拟仿真,分析传感器的谐振频率以及其频率响应,对设计尺寸进行优化。利用CONVENT软件分析形变和压阻阻值的关系,完善对压阻尺寸和设计。在工艺设计中贯彻CMOS工艺加背面释放的后处理的思想,在SOI硅片实现设计的结构。利用L-edit软件进行版图设计,在设计中考虑了实际工艺中各个版图先后的对准和误差,给足了余量。
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