本发明专利技术一种基于光强调制型MOEMS加速度计属于微电子系统领域，解决了现有传感器在特殊情况下存在电磁干扰的问题，采用的技术方案为：包括从下到上依次设置的衬底层、中间层以及器件层，其特征在于：器件层中部设置有质量块，质量块通过四个直连接梁固支于锚点，质量块的上下两边对称设有V形镜，V形镜正对面设有输入光纤卡槽，输入光纤卡槽的两侧对称设有输出光纤卡槽。
A MOEMS accelerometer based on light intensity modulation
The invention relates to a light intensity modulation type accelerometer based on MOEMS system belongs to the microelectronic field, solves the sensor electromagnetic interference exists in the special case of the problem, the technical proposal is: from the bottom to the top comprises a substrate layer, intermediate layer and device layer, which is characterized in that the device layer is arranged in the middle part of the mass the mass, through four straight connecting beam clamped to anchor, mass on both sides symmetrically arranged V mirror, V mirror is opposite with the input optical fiber slot, symmetrical input fiber slot is provided with an output optical fiber slot.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子系统领域，特别是涉及一种基于光强调制型MOEMS加速度计。
技术介绍
目前，基于压电效应、压阻效应和电容等原理制作的传感器都是将外界信号转换成电学信号的装置。由于电学性能的限制，传感器都面临着在严酷环境中测量一体化、监测环境受限等问题。所以，将光纤传感技术与MEMS结合的新型MOEMS传感器可以利用光纤传感的优势，在解决上述问题的情况下还可以实现远距离监测。微系统集成仍是未来高科技应用领域的关键。将光学与MEMS技术结合的混合集成技术在医疗、能源、工业和军事上有广泛的应用前景。灵敏度和可靠性是传感器的重要性能指标，与基于压电效应和电检测的传感器比较，以硅MEMS为基础的光学加速度计能提供更高的灵敏度和更好的可靠性。这种类型的传感器用光学检测部分代替了电学检测，可以不受电磁干扰，还可以实现远距离传输信号。光学检测的光纤部分具有质地轻、耐腐蚀、耐高温等优势。同时，本专利技术涉及的一种光强调制型的MOEMS加速度计结构与同类型的传感器比较，具有加工工艺步骤少、平面气密性封装、技术成熟后可以批量加工等特点。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，解决了现有传感器在特殊情况下存在电磁干扰的问题，旨在提供一种基于光强调制型MOEMS加速度计，该MOEMS加速度计制作工艺简单、稳定性、环境适应能力及抗干扰能力强。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于光强调制型MOEMS加速度计，包括从下到上依次设置的衬底层、中间层以及器件层，其特征在于：器件层中部设置有质量块，质量块通过四个直连接梁固支于锚点，质量块的上下两边对称设有V形镜，V形镜正对面设有输入光纤卡槽，输入光纤卡槽的两侧对称设有输出光纤卡槽。进一步地，所述质量块上设置有均匀密布的腐蚀孔。进一步地，所述输入光纤卡槽和输出光纤卡槽内均预设光纤夹。进一步地，所述输入光纤卡槽和输出光纤卡槽靠近V形镜的一端设置有凸台。进一步地，所述V形镜的角度为120度，或为90度。一种基于光强调制型MOEMS加速度计的制造工艺，按照以下工艺进行制造：1)图形化：在SOI晶元片上旋涂光刻胶，竖膜曝光后显影，形成有图样的光刻胶掩膜；2)深硅刻蚀：采用深硅刻蚀的方法刻蚀出器件层的厚度；3)去胶和腐蚀：采用HF酸(47％浓度)溶液去除质量块下的sio2，同时保证锚点不会脱落；4)溅射金属：在器件层表面溅射金，保证V形镜侧壁溅射有金属金；5)光纤组装：在光纤卡槽中装入一个输入光纤以及两个输出光纤即可。本专利技术跟现有技术相比具有的有益效果为：本专利技术加速度计的整体结构是平面内组装光纤，因此可以实现平面内气密性封装，相对体积小，应用范围广。另外，本专利技术的整体制作工艺简单，只需要一块掩膜版，不需要套刻，减少套刻误差；关键工艺有刻蚀和腐蚀两步，掌握好关键工艺后，器件加工快，适合大批量生产。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。图1为本专利技术一种基于光强调制型MOEMS加速度计的俯视结构示意图。图2为本专利技术基于光强调制型MOEMS加速度计结构中的V形镜和光纤卡槽局部放大图。图3为本专利技术的加工流程图示意图。图中：1为直连接梁，2为质量块，3为腐蚀孔，4为V形镜，5为输入光纤卡槽，6为输出光纤卡槽，7为光纤夹，8为凸台，9为锚点，10为衬底层，11为中间层，12为器件层。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。请参考图1-图2，图1为本专利技术所提供的一种基于光强调制型MOEMS加速度计的示意图。一种基于光强调制型MOEMS加速度计，加速计的整体结构从制造工艺上可分为三层，从下到上依次是衬底层10、中间层11以及器件层12。图1中的所有结构均设置在器件层12中，器件层12中部设置有质量块2，质量块2是活动部分，质量块2底部与衬底层10之间有几微米的距离，质量块2通过四个直连接梁1固支于锚点9，质量块2的上下两边对称设有V形镜4，V形镜4正对面设有输入光纤卡槽5，输入光纤卡槽5的两侧对称设有输出光纤卡槽6。本专利技术在使用时，在输入光纤卡槽5以及输出光纤卡槽6内安装对于的输入、输出光纤。当质量块2静止时，V形镜4位于正中间位置，输入光纤的光照射到V形镜4上被反射到左右两根输出光纤中，两束光的光强相同，检测到的光强差为0；当有加速度作用于质量块2时，质量块2会产生位移，两面的V形镜4也会有相同的位移，使输入光纤的入射光照射到V形镜4的两个斜面的面积不同，反射到输出光纤的光强就不一样，从而能检测到光强差；施加的加速度大小不一样，V形镜4的位移就不同，产生的光强差与之有相对应的变化，通过检测光强差即可检测加速度。通过上述描述可知，本专利技术的MOEMS加速度计利用光学检测部分代替了原有的电学检测，可以保证检测过程不受电磁干扰，提高检测精度，同时利用光纤还可以实现远距离传输信号。另外光学检测的光纤部分具有质地轻、耐腐蚀、耐高温等优势。与现有的硅MEMS传感器相比，最大的优势在于：整体结构是平面内组装光纤，因此可以实现平面气密性封装。加速度计相对体积小，应用范围广。在上个实施例的基础，本专利技术的另外一个实施例中，在光纤卡槽中增加了光纤夹7和防止光纤过插的结构。从本专利技术的工作过程中可以知道，V形镜4是将加速度信号转换成光强信号的关键部分，可以反射光。在实际制作时，可以将V形镜4的角度为120度，或为90度。为了防止在组装光纤时，光纤端面触碰到V形镜4，影响加速度测量精度，在输入光纤卡槽5和输出光纤卡槽6靠近V形镜4的一端设置有凸台8。凸台8既可以固定光纤前端面的距离，又可以防止光纤前端面触碰V形镜4。如图2所示，输入光纤卡槽5和输出光纤卡槽6内均预设光纤夹7。光纤夹7可以用来固定输入光纤和输出光纤。防止在加速度计使用过程中光纤出现位移，影响加速度计的测量精度。本实施例中采用的是光纤夹7以及凸台8来固定光纤以及限位，当然也可以采用其他结构，只要能够实现光纤固定以及光纤限位即可。在上述实施例的基础上，本专利技术的另外一个实施例中限定了质量块2的具体结构。为了简化整个加速度计的制造工艺，在质量块2上设置有均匀密布的腐蚀孔3。腐蚀孔3的存在能够方便腐蚀液接触到中间层11，腐蚀液接触到中间层11后在横向会有一定距离的钻蚀，通过腐蚀孔3的设置可以使整个质量块2活动起来。同时为了防止锚点9脱落，两个腐蚀孔3的距离应当要比锚点9的宽度小很多。上面对本专利技术的结构以及工作过程进行了描述，下面对本专利技术光强调制型MOEMS加速度计结构的制作工艺进行描述。该光强调制型MOEMS加速度计结构采用SOI为主要材料，进行加工。SOI的底层硅为衬底层10；中间的氧埋层sio2为牺牲层即中间层11，用于释放出可动部分结构；顶层为si材料，是器件层12，用于刻蚀出整个加速度计结构。如图3所示，是光强调制型的MOEMS加速度计结构的主要工艺过程，具体具体制作工艺如下：(a)表示的是SOI材料，分为三层：底层是衬底层10，材料是si；中间是牺牲层，材料是sio2；底层是器件层12，材料是si。(b)表示图形化过程。在SOI晶元片上旋涂光刻胶，坚膜曝光后显影，则形成有图样的光刻胶掩膜。(c)表示深硅刻蚀(DRIE)过程.由于需要刻蚀的器件层12较厚且垂直性要求高，所以采用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光强调制型MOEMS加速度计，包括从下到上依次设置的衬底层(10)、中间层(11)以及器件层(12)，其特征在于：器件层(12)中部设置有质量块(2)，质量块(2)通过四个直连接梁(1)固支于锚点(9)，质量块(2)的上下两边对称设有V形镜(4)，V形镜(4)正对面设有输入光纤卡槽(5)，输入光纤卡槽(5)的两侧对称设有输出光纤卡槽(6)。
【技术特征摘要】
1.一种基于光强调制型MOEMS加速度计，包括从下到上依次设置的衬底层(10)、中间层(11)以及器件层(12)，其特征在于：器件层(12)中部设置有质量块(2)，质量块(2)通过四个直连接梁(1)固支于锚点(9)，质量块(2)的上下两边对称设有V形镜(4)，V形镜(4)正对面设有输入光纤卡槽(5)，输入光纤卡槽(5)的两侧对称设有输出光纤卡槽(6)。2.根据权利要求1所述的一种基于光强调制型MOEMS加速度计，其特征在于：所述质量块(2)上设置有均匀密布的腐蚀孔(3)。3.根据权利要求1或2所述的一种基于光强调制型MOEMS加速度计，其特征在于：所述输入光纤卡槽(5)和输出光纤卡槽(6)内均预设光纤夹(7)。4.根据权利要求3所述的一种基于光强调制型MOEMS加速度计，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，韩兴宇，石云波，黄堃，曹慧亮，梁涛，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。