一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计及制造方法技术

本发明专利技术提供了一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计及制造方法，采用双层悬臂梁对称分布的微加速度敏感结构和半球形FP腔的结构设计，解决高精度光学式MEMS加速度计中存在的交叉轴串扰和位移测量精度不高等问题，包括惯性质量块、硅框架、悬臂梁、硅基片盖板及光源组件；惯性质量块、硅框架及悬臂梁共同构成加速度计的敏感结构；所述制造方法包括制作反射膜、电磁反馈线圈、刻蚀氧化层I、器件层I、埋氧层I、制作惯性质量块等。层I、制作惯性质量块等。层I、制作惯性质量块等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计及制造方法


[0001]本专利技术涉及光学MEMS加速度计传感器
，具体涉及一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计及制造方法。

技术介绍

[0002]加速度是一个描述物体速度变化的物理量，是速度矢量对于时间的变化率，也是一个矢量。物体的加速度很难被直接测量，实际中常借助惯性质量块将加速度变为力进行间接的测量，因此，其基本测量原理基于牛顿第二定理，加速度计通常由加速度敏感单元、位移测量单元和反馈控制单元组成，外界输入加速度使得敏感单元中的惯性质量块产生一个与输入加速度大小有对应关系的位移，位移测量系统通过测量该位移量得到输入加速度的大小。加速度计一般由敏感单元、位移测量单元和信号处理单元共同组成，它是惯性导航系统的核心器件，同时它在姿态检测、地震检测、地形检测、振动测量、重力梯度测量等多个应用领域也发挥着重要作用，应用场景横跨民用、工业和军用领域。随着武器装备的更新换代和惯性导航精度需求的不断提升，以及如动能武器、重力梯度仪等新式装备的出现，加速度计的性能需求也越来越高。衡量加速度计的性能指标有：灵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计，其特征在于：包括惯性质量块、硅框架、悬臂梁、硅基片盖板及光源组件,惯性质量块、硅框架及悬臂梁共同构成加速度计的敏感结构；所述惯性质量块和硅框架均由七层SOI基片叠加制作而成，七层SOI基片由上向下依次为氧化层I、器件层I、埋氧层I、基底层、埋氧层II、器件层II、氧化层II；所述惯性质量块为圆柱体结构，硅框架中央设有通孔，所述惯性质量块设于硅框架通孔内，所述惯性质量块和硅框架之间设有上、下两层悬臂梁，每层悬臂梁有四根，上层四根悬臂梁两端分别与惯性质量块和硅框架的器件层I连接，下层四根悬臂梁两端分别与惯性质量块和硅框架的器件层II连接；所述硅基片盖板设于硅框架下方，与硅框架的氧化层II固定连接，硅基片盖板中央设有一凹槽，凹槽底部中央开设有半球形微腔，所述光源组件位于硅基片盖板外底部，与半球形微腔正相对。2.根据权利要求1所述基于半球形FP腔片上集成光机加速度计，其特征在于：所述七层SOI基片上，氧化层I和氧化层II、器件层I和器件层II、埋氧层I和埋氧层II分别关于基底层的中心平面对称，所述惯性质量块设于半球形微腔正上方，且与硅框架内孔同轴，惯性质量块上朝向硅基片盖板的端面镀有反射膜，背向硅基片盖板的端面镀有电磁反馈线圈，所述器件层I和器件层II为厚度相同的单晶硅，氧化层I、埋氧层I、埋氧层II和氧化层II为厚度相同的二氧化硅。3.根据权利要求1所述基于半球形FP腔片上集成光机加速度计，其特征在于：所述悬臂梁为呈平面S型蜿蜒结构的薄壁件，与对应的器件层为一体式结构，所述悬臂梁与对应的器件层的厚度相同，在所述悬臂梁在同一平行于惯性质量块端面的平面上的投影中，相邻两个投影之间的夹角为45
°
。4.根据权利要求1所述基于半球形FP腔片上集成光机加速度计，其特征在于：所述硅基片盖板外底面沉积有一层增透膜，硅基片盖板中央凹槽内径大于惯性质量块外径。5.一种基于半球形FP腔片上集成光机加速度计制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在SOI基片的上端面制作反射膜，下端面制作电磁反馈线圈；S2、在SOI基片中刻蚀氧化层I制作上悬臂梁的上保护氧化层图形；S3、在SOI基片中器件层I上制作悬臂梁图形；S4、在SOI基片中刻蚀埋氧层I制作上层悬臂梁的下保护氧化层图形；S5、在SOI基片中刻蚀氧化层II制作下层悬臂梁的上保护氧化层图形；S6、在SOI基片中下器件层II上制作悬臂梁图形；S7、在SOI基片中刻蚀埋氧层II制作下层悬臂梁的下保护氧化层图形；S8、在SOI基片中基底层制作惯性质量块；S9、在硅基片盖板上刻蚀一凹槽，然后在硅基片盖板上表面沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建波，耿安兵，操琼，姚远，董亭亭，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：