电子陀螺仪原理与构造
陀螺仪原理及YJTG构造和工作流程

陀螺仪原理及YJTG构造和工作流程陀螺仪是一种常见的测量仪器,广泛应用于导航、航空航天、车辆控制等领域。
本文将介绍陀螺仪的原理以及一种常见的陀螺仪——YJTG的构造和工作流程。
一、陀螺仪原理陀螺仪基于陀螺效应工作原理,即陀螺在旋转时产生的稳定作用力。
陀螺仪通常由一个旋转的陀螺和一组传感器组成。
当陀螺仪受到外部力矩作用时,由于陀螺的旋转作用,会产生一个力矩与外部力矩相抵消,从而使得陀螺仪保持稳定。
陀螺仪可以检测到转动角速度,并将其转换为电信号输出。
通过测量陀螺仪输出信号的变化,可以确定陀螺仪所受的力矩大小和方向。
二、YJTG构造YJTG是一种常见的陀螺仪,其构造包括陀螺、控制系统和信号处理系统。
1. 陀螺YJTG的核心是陀螺部分,由一个旋转的陀螺产生稳定作用力。
陀螺通常采用石英陀螺或激光陀螺等形式,其中激光陀螺具有高精度和稳定性优势。
2. 控制系统YJTG的控制系统包括控制电路和电源。
控制电路用于控制陀螺的旋转速度,以保持陀螺的稳定性。
电源为整个系统提供能量。
3. 信号处理系统YJTG的信号处理系统主要负责将陀螺输出的旋转角速度信号转换为电信号,并进行滤波、放大等处理,以便后续的数据分析和应用。
三、YJTG工作流程YJTG的工作流程主要包括校准、数据采集和信号处理等步骤。
1. 校准YJTG在使用前需要进行校准,以保证其测量的准确性。
校准主要包括零偏校正和放大倍率校准两个步骤。
零偏校正是将陀螺在静止状态下的输出值归零,以消除误差;放大倍率校准是将陀螺的输出信号与已知角速度进行比较,调整放大倍率,以保证测量的准确性。
2. 数据采集YJTG在运行过程中会将陀螺旋转的角速度转换成电信号,并传送到计算机或其他设备进行数据采集。
数据采集主要包括对陀螺输出信号进行采样和量化等步骤。
3. 信号处理采集到的陀螺信号需要进行滤波、放大、数值计算等处理,以便后续的数据分析和应用。
滤波可以去除噪声,放大可以增强信号强度,数值计算可以得到具体的角速度数值。
陀螺仪的基本原理

陀螺仪的基本原理陀螺仪是一种轴向运动和转动运动较容易检出的装置,在测量系统、控制系统以及航空航天等多个领域有着广泛的应用。
陀螺仪的基本原理是将轴向加速度的变化变成转矩,通过将转矩投射到电路中来检测轴向振动和旋转运动。
一、陀螺仪基本构造陀螺仪由一个转子和另一个固定的轴承构成,转子包括陀螺轮、轴承上下两个带有磁铁的磁性铁芯和一个磁铁,轴承上有一个定子及磁铁。
轴承是转子中心,而陀螺轮则沿着轴承外壳运转。
二、陀螺仪工作原理当转子和定子受到外部加速度作用时,转子的轴向加速度将产生一个转矩,这个转矩会引起陀螺轮的转动。
由于陀螺轮上有磁铁,当它旋转时,会产生交流电流,这些交流电流就可以在定子上检测到。
三、陀螺仪的优点1、尺寸小:陀螺仪的尺寸小,并且密封良好,防止污染产生影响。
2、外部抗干扰:陀螺仪可以抵抗外部电磁场的干扰,是一种比较理想的传感器。
3、精度高:陀螺仪可以准确测量匀速旋转和加速/减速,有着较高的精度。
4、使用寿命长:陀螺仪也有着良好的耐久性,使用寿命长,可以有效降低成本。
四、陀螺仪的应用陀螺仪可以应用于测量系统、控制系统、航空航天、通用机械设备等领域。
1、用于机械系统的精密控制:陀螺仪可以精确测量机械轴的转向角度,从而控制机械轴的精密转动和旋转;2、用于航空航天领域:陀螺仪可以测量飞机、卫星等航天器的运动状态,从而保障航天器的安全和稳定,例如,可以用来测量飞行器的加速度、角速度和方向;3、用于行走机器人的精确测量:陀螺仪可以精确测量机器人的行走方向,从而确保机器人运行的准确性和定位的准确性;4、用于测量系统:陀螺仪可以用来测量海洋底部的地形、地震活动的轴向运动和转动运动等,从而获得更多的地球物理数据。
综上所述,陀螺仪是一种多功能传感器,它能够检测到轴向振动和旋转运动,并可以应用于多个领域,如航空航天、机器人、测量系统等。
为了更好地发挥陀螺仪的性能,要求在安装过程中力求完美,避免振动损伤。
电子陀螺仪原理

电子陀螺仪原理
电子陀螺仪是一种通过感应器和电子控制系统工作的设备,用于测量和检测物体的角度变化和转动。
它是基于陀螺原理设计的,陀螺现象是物体在旋转时会保持自身的方向不变的特性。
电子陀螺仪利用这一原理来测量和跟踪物体的转动。
电子陀螺仪主要由以下几个部分组成:
1. 陀螺仪传感器:陀螺仪传感器是电子陀螺仪的核心部分,通常采用微机电系统(MEMS)技术制造。
传感器内部包含一个微小的陀螺仪装置,通过测量装置的角速度来检测物体的转动。
2. 控制电路:控制电路负责接收和处理传感器传输的信号。
它会将传感器测得的角速度数据转换为电信号,并进行放大和滤波处理,以保证信号的准确性和稳定性。
3. 算法和软件:陀螺仪算法和软件对控制电路采集到的数据进行处理和分析。
它们使用数学模型和算法来计算物体的姿态和转动角度,并将这些信息提供给用户或其他系统使用。
当物体发生转动时,陀螺仪传感器会感应到角速度的变化。
传感器内部的陀螺仪装置会受到转动的力矩,产生一个预先设定的固定轴向的力矩,抵消外部力矩的作用。
这样,陀螺仪装置就能保持自身的方向不变,从而实现对物体转动的测量和检测。
电子陀螺仪具有很高的灵敏度和精度,能够实时地测量物体的
角速度和角度变化。
它广泛应用于导航系统、飞行器的姿态控制、无人机、机器人等领域,并在实际应用中发挥重要作用。
陀螺仪的工作原理

陀螺仪的工作原理陀螺仪是一种测量旋转运动的仪器,广泛应用于导航、航空航天、地震学、惯性导航等领域。
它的工作原理是利用陀螺的自转稳定性来检测运动状态,从而实现精确的测量和控制。
一、陀螺仪的基本结构和原理陀螺仪由三个部分组成:陀螺、支架和电子测量系统。
其中,陀螺是最核心的部分,它是一个旋转体,通常由金属或陶瓷材料制成。
陀螺的自转轴与支架垂直,支架则用于固定陀螺并保持其稳定状态。
电子测量系统则用于测量陀螺的运动状态。
陀螺的工作原理基于它的自转稳定性。
当陀螺自转时,它会产生一个旋转惯性矩,使得它的自转轴始终保持在一个固定的方向上。
如果陀螺受到外部力矩的作用,它的自转轴会发生偏转,但由于旋转惯性矩的存在,偏转角度非常小,且自转轴仍然保持在一个固定的方向上。
这种自转稳定性是陀螺仪能够测量运动状态的基础。
二、陀螺仪的应用陀螺仪的应用非常广泛,下面介绍几个常见的领域。
1、导航陀螺仪的自转稳定性可以用于测量飞机、船舶、导弹等运动状态,从而实现精确的导航。
例如,惯性导航系统就是利用陀螺仪和加速度计来测量飞机的运动状态,从而实现自主导航。
2、航空航天陀螺仪在航空航天领域的应用非常广泛,例如用于导航、姿态控制、稳定控制等方面。
例如,宇航员在太空中进行任务时,需要用陀螺仪来测量自己的运动状态,从而保持稳定。
3、地震学陀螺仪还可以用于地震学领域。
地震时地球会发生旋转,陀螺仪可以测量这种旋转,从而帮助科学家研究地震的发生机制和规律。
4、惯性导航惯性导航是一种不依赖于外部信号的导航方式,它利用陀螺仪和加速度计测量运动状态,从而实现精确导航。
惯性导航在航空、航天、军事等领域都有广泛应用。
三、陀螺仪的发展历程陀螺仪的发展历程可以追溯到19世纪初。
最早的陀螺仪是由法国物理学家福科建造的,它是一个由铁制成的陀螺,可以测量地球的自转。
随着科技的不断进步,陀螺仪的精度和应用范围也不断扩大。
20世纪初,陀螺仪开始被用于导航和飞行控制领域,成为航空航天领域的重要仪器。
电子陀螺仪芯片的原理

电子陀螺仪芯片的原理
电子陀螺仪芯片的工作原理是利用旋转物体的角动量守恒定律来测量角速度。
其基本原理可以分为两个方面。
首先是角速度测量原理。
陀螺仪芯片通常包含一个转子,转子在一个支架上旋转。
当芯片受到外部角速度作用时,转子的转动轴会发生偏离,造成地板发生力矩。
为了抵消这个力矩,芯片和转子之间会产生相互作用力,这个力矩垂直于地板和芯片之间的连接线。
通过测量这个力矩,就可以得到外部作用在芯片上的角速度。
其次是信号检测原理。
陀螺仪芯片通常使用悬浮式结构,通过悬浮结构的变化来感知角速度。
当芯片受到外部角速度作用时,悬浮结构会发生一定的位移,这个位移会被传感器检测到,然后转化为电信号。
通常,陀螺仪芯片使用电容、压电或光电等传感器来检测悬浮结构的位移,并将其转化为电信号。
综上所述,电子陀螺仪芯片通过测量转子的角动量守恒定律来测量角速度,并通过信号检测器将位移转化为电信号,实现对外部角速度的测量。
电子陀螺仪工作原理

电子陀螺仪工作原理一.引言电子陀螺仪是一种用于测量和感知旋转和转动的装置。
它在航空航天、汽车导航、惯性导航系统等领域具有广泛的应用。
本文将详细介绍电子陀螺仪的工作原理及其应用。
二.工作原理电子陀螺仪的工作原理基于旋转物体的角动量守恒理论。
它利用一种称为科里奥利力的现象来测量旋转的角速度。
电子陀螺仪通常包含一个旋转质量块以及一些传感器,例如加速度计和角速度计。
1.旋转质量块电子陀螺仪中的旋转质量块是关键组件之一。
它通常由高精度的陀螺仪轴和旋转惯量体组成。
当陀螺仪轴旋转时,旋转惯量体会受到扭矩作用而发生角度偏转。
2.科里奥利力当旋转质量块发生角度偏转时,科里奥利力就产生了。
科里奥利力是一种由于旋转物体的角速度改变而产生的惯性力。
这种力的方向垂直于旋转方向和偏转方向之间的夹角,其大小与角速度和偏转角度成正比。
3.传感器测量为了测量科里奥利力,电子陀螺仪内装有加速度计和角速度计。
加速度计用于测量陀螺仪的旋转加速度,而角速度计则用于测量旋转质量块的角速度。
通过测量科里奥利力的大小和方向,陀螺仪可以确定旋转的角速度。
三.应用电子陀螺仪在各个领域都有广泛的应用,下面将介绍其中几个典型的应用案例。
1.航空航天在航空航天领域,电子陀螺仪被广泛用于飞行器的自动导航系统中。
通过感知旋转和转动的信息,陀螺仪能够准确测量飞行姿态,并帮助飞行器进行导航和平稳飞行。
2.汽车导航在汽车导航系统中,电子陀螺仪被用于测量车辆的方向和转向。
它可以感知车辆的角速度和转动角度,从而帮助导航系统实时更新车辆的位置和方向,提供准确的导航指引。
3.惯性导航系统电子陀螺仪也广泛应用于惯性导航系统中。
惯性导航系统利用电子陀螺仪和加速度计等传感器的数据来确定移动物体的位置、速度和姿态。
由于陀螺仪测量的角速度可以积分得到角度变化,因此它在惯性导航中起到了至关重要的作用。
四.总结电子陀螺仪是一种测量和感知旋转和转动的装置,其工作原理基于旋转物体的角动量守恒理论,并利用科里奥利力测量旋转的角速度。
电子陀螺仪原理与构造

MEM陀螺仪传感器产业探究目录:一、MEM陀螺仪市场现状................................................. 2.第一节、MEM主要厂家产品资料汇总 (2)第二节、MEM在我国的产业现状 (2)二、MEM陀螺仪介绍.................................................... 3.第一节、什么是微机械(MEM)? (3)第二节、微机械陀螺仪(MEMS gyroscope的工作原理 (3)第三节、微机械陀螺仪的结构......................................... 4.三、MEM技术的加工工艺................................................. 6.第一节、体加工工艺.................................................. 6.第二节、硅表面微机械加工技术....................................... 7.第三节、结合技术................................................... 7.第四节、逐次加工.................................................... 8.第五节、LIGA工艺................................................... 8.第六节、THEMLA:艺流程........................................... 9.四、基于DSP的MEM陀螺仪信号处理平台设计 (9)第一节、MEM陀螺仪信号处理平台的硬件结构 (9)第二节、MEM陀螺仪信号处理平台系统任务分析....................... 1 0第三节、MEM信号处理平台软件设计方案.. (11)五、基于GPS的汽车导航系统的设计与实现 (12)第一节、主体控制方案.............................................. 1.2第二节、GPS定位系统设计 .. (13)第三节、车体部分MCU主控模块设计................................ 1.4第四节、系统软件设计.............................................. 1.4、MEM 陀螺仪市场现状MEM 陀螺仪即微机电系统陀螺仪,是一种微型传感器,主要用于手机及游戏机等领域。
mems陀螺仪原理

mems陀螺仪原理
mems陀螺仪是一种基于微电子机械系统(MEMS)技术的陀
螺仪,其原理是利用惯性力和Coriolis效应来测量物体的旋转
角度。
mems陀螺仪通常由一个微小的敏感元件和一个驱动元件组成。
敏感元件用于感知物体的旋转运动,而驱动元件则用于提供驱动力。
这两者共同工作,使得mems陀螺仪能够准确测量物体
的旋转角度。
敏感元件通常由微小的振动体构成,它们被放置在一个微小的腔体内。
当物体发生旋转时,惯性力作用在振动体上,导致其发生位移。
这个位移随着旋转角速度的增加而增加,从而可以用来测量旋转角度的大小。
同时,驱动元件可以通过施加振动力来保持敏感元件的振动。
这种振动力可以通过微小的电极施加,从而实现对振动体的控制。
通过控制驱动元件的振动频率和振动幅度,可以确保敏感元件在操作范围内保持稳定的振动状态。
在mems陀螺仪中,Coriolis效应起到了关键的作用。
当敏感
元件振动时,由于物体的旋转,振动体会感受到一个由Coriolis力引起的横向力,这个力与振动方向垂直。
通过测量
这个横向力的大小,可以确定物体的旋转角速度。
综上所述,mems陀螺仪通过利用惯性力和Coriolis效应,结
合微电子机械系统技术,实现对物体旋转角度的准确测量。
它
在航空航天、汽车导航、智能手持设备等应用领域有着广泛的应用。
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MEMS陀螺仪传感器产业探究目录:一、MEMS陀螺仪市场现状 (2)第一节、MEMS主要厂家产品资料汇总 (2)第二节、MEMS在我国的产业现状 (2)二、MEMS陀螺仪介绍 (3)第一节、什么是微机械(MEMS)? (3)第二节、微机械陀螺仪(MEMS gyroscope)的工作原理 (3)第三节、微机械陀螺仪的结构 (4)三、MEMS技术的加工工艺 (6)第一节、体加工工艺 (6)第二节、硅表面微机械加工技术 (7)第三节、结合技术 (7)第四节、逐次加工 (8)第五节、LIGA工艺 (8)第六节、THEMLA工艺流程 (9)四、基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理平台设计 (9)第一节、MEMS陀螺仪信号处理平台的硬件结构 (9)第二节、MEMS陀螺仪信号处理平台系统任务分析 (10)第三节、MEMS信号处理平台软件设计方案 (11)五、基于GPS的汽车导航系统的设计与实现 (12)第一节、主体控制方案 (12)第二节、GPS定位系统设计 (13)第三节、车体部分MCU 主控模块设计 (14)第四节、系统软件设计 (14)一、MEMS陀螺仪市场现状MEMS陀螺仪即微机电系统陀螺仪,是一种微型传感器,主要用于手机及游戏机等领域。
与普通芯片相比,除计算功能外,此产品还具有感知功能,通过内置的陀螺仪传感器可以感知外界运动,并做出相应反应。
在具体应用上,MEMS芯片可以用在消费类电子产品上,比如游戏机中的动作控制;可以用在汽车安全领域,在汽车出现紧急情况时及时作出反应;在军事、航海中,陀螺仪被用来导航。
此前全球针对消费电子产品的陀螺仪厂商只有意法半导体(ST)、飞思卡尔半导体(Freescale)两家,深迪半导体()成为第三家,打破了国内众多消费电子厂商陀螺仪全部依赖进口的局面。
深迪半导体成立于2008年8月,目前在国内还没有竞争对手。
根据著名市场研究顾问机构 Yole Development 的最新预测,MEMS 陀螺仪、加速度计和 IMU 的销售额在2013年将达到45亿美元的规模,在消费类应用市场的年增长率达到了27%,而中国未来将是消费类电子、汽车工业以及其产业链的中心和全球最大的市场。
第一节、MEMS主要厂家产品资料汇总(1)InvenSense:网上放出的目前只有2轴的产品,加速度和陀螺仪一体化,号称封装尺寸最小。
2009年,借助任天堂(日本最著名的游戏制作公司)的成功,InvenSense在MEMS市场成长速度位居第一。
(2)ST:ST的产品线比较长,主打3轴。
陀螺仪L3G系列和加速度传感器LIS属于两个不同的系列。
(3)EPSON:x,y2轴加速度传感器加单轴陀螺仪。
(4)飞思卡尔:分的很细,根据加速度分成低/中/高三类,典型应用案例是汽车气囊。
没有找到陀螺仪的介绍。
应该是以工业产品为主。
(5)村田(Murata)网上资料很少,最新的也是2009年5月的。
提供2款产品,都是单轴陀螺仪。
(6)松下作为2009年MEMS市场的成长速度名列第二的松下,主要面向车用传感器市场。
第二节、MEMS在我国的产业现状目前国内已有1688家企事业从事传感器的研制、生产和应用,其中从事MEMS研制生产的只有50多家,其规模和应用领域都较小。
在国际市场上,德国、日本、美国、俄罗斯等老牌工业国家的企业主导了传感器市场,许多厂家的生产都实现了规模化,有些企业的年生产能力达到几千万只甚至几亿只。
相比之下,中国传感器的应用范围较窄,更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域。
深迪半导体,发布了旗下第一款陀螺仪产品 -- SSZ030CG,这标志着第一款具有中国自主知识产权的商用 MEMS 陀螺仪诞生。
二、MEMS陀螺仪介绍第一节、什么是微机械(MEMS)?微机械MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写,即微电子机械系统。
微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的 21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。
这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺,制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术,该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。
它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。
第二节、微机械陀螺仪(MEMS gyroscope)的工作原理传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理,因此它主要是一个不停转动的物体,它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化。
但是微机械陀螺仪的工作原理不是这样的,因为要用微机械技术在硅片衬底上加工出一个可转动的结构可不是一件容易的事。
微机械陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。
下面是导出科里奥利力的方法。
有力学知识的读者应该不难理解。
在空间设立动态坐标系。
用以下方程计算加速度可以得到三项,分别来自径向加速、科里奥利加速度和向心加速度。
科里奥利力动态坐标系公式推导如果物体在圆盘上没有径向运动,科里奥利力就不会产生。
因此,在MEMS陀螺仪的设计上,这个物体被驱动,不停地来回做径向运动或者震荡,与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化,并有可能使物体在横向作微小震荡,相位正好与驱动力差90度。
MEMS 陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板。
径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动(有点象加速度计中的自测试模式),横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化(就象加速度计测量加速度)。
因为科里奥利力正比于角速度,所以由电容的变化可以计算出角速度。
BOSCH SMG 070原理图2轴MEMS陀螺仪。
它采用了闭合回路、数字输出和传感器芯片跟ASIC芯片分开平放连线的封装方法。
第三节、微机械陀螺仪的结构微机械陀螺仪的设计和工作原理可能各种各样,但是公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念。
利用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的微机械陀螺仪没有旋转部件、不需要轴承,已被证明可以用微机械加工技术大批量生产。
为机械陀螺结构示意图绝大多数微机械陀螺仪依赖于由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。
振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上。
整体动力学系统是二维弹性阻尼系统,在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式。
通过改进设计和静电调试使得驱动和传感的共振频率一致,以实现最大可能的能量转移,从而获得最大灵敏度。
大多数微机械陀螺仪驱动和传感模式完全匹配或接近匹配,它对系统的振动参数变化极其敏感驱动和感应的频宽,而这些系统参数会改变振动的固有频率,因此需要一个好的控制架构来做修正。
如果需要高的品质因子(Q),驱动和感应的频宽必须很窄。
增加1%的频宽可能降低20%的信号输出。
(上图a)还有阻尼大小也会影响信号输出。
(上图b)一般的微机械陀螺仪由梳子结构的驱动部分和电容板形状的传感部分组成。
有的设计还带有去驱动和传感耦合的结构。
梳子结构的驱动部分传感耦合的结构三、MEMS技术的加工工艺微机械加工工艺分为硅基加工和非硅基加工。
下面主要介绍体加工工艺、硅表面微机械加工技术、结合加工、逐次加工。
下图是微机械加工工艺的流程落图。
第一节、体加工工艺体加工工艺包括去加工(腐蚀)、附着加工(镀膜)、改质加工(掺杂)和结合加工(键合)。
主要介绍腐蚀技术。
腐蚀技术主要包括干法腐蚀和湿法腐蚀,也可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。
(1)干法腐蚀是气体利用反应性气体或离子流进行的腐蚀。
干法腐蚀可以腐蚀多种金属,也可以刻蚀许多非金属材料;既可以各向同性刻蚀,又可以各向异性刻蚀,是集成电路工艺或MEMS工艺常用设备。
按刻蚀原理分,可分为等离子体刻蚀(PE:Plasma Etching)、反应离子刻蚀(RIE:Reaction Ion Etching)和电感耦合等离子体刻蚀(ICP:Induction Couple Plasma Etching)。
在等离子气体中,可是实现各向同性的等离子腐蚀。
通过离子流腐蚀,可以实现方向性腐蚀。
(2)湿法腐蚀是将与腐蚀的硅片置入具有确定化学成分和固定温度的腐蚀液体里进行的腐蚀。
硅的各向同性腐蚀是在硅的各个腐蚀方向上的腐蚀速度相等。
比如化学抛光等等。
常用的腐蚀液是HF-HNO3腐蚀系统,一般在HF和HNO3中加H2O或者CH3COOH。
与H2O相比,CH3COOH可以在更广泛的范围内稀释而保持HNO3的氧化能力,因此腐蚀液的氧化能力在使用期内相当稳定。
硅的各向异性腐蚀,是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。
比如,{100}/{111}面的腐蚀速率比为100:1。
基于这种腐蚀特性,可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。
各向异性腐蚀剂一般分为两类,一类是有机腐蚀剂,包括EPW(乙二胺,邻苯二酸和水)和联胺等。
另一类是无机腐蚀剂,包括碱性腐蚀液,如:KOH,NaOH,LiOH,CsOH 和NH4OH等。
在硅的微结构的腐蚀中,不仅可以利用各向异性腐蚀技术控制理想的几何形状,而且还可以采用自停止技术来控制腐蚀的深度。
比如阳极自停止腐蚀、PN结自停止腐蚀、异质自停止腐蚀、重掺杂自停止腐蚀、无电极自停止腐蚀还有利用光电效应实现自停止腐蚀等等。
第二节、硅表面微机械加工技术美国加州大学Berkeley分校的Sensor and Actuator小组首先完成了三层多晶硅表面微机械加工工艺,确立了硅表面微加工工艺的体系。
表面微机械加工是把MEMS的“机械”(运动或传感)部分制作在沉积于硅晶体的表面膜(如多晶硅、氮化硅等)上,然后使其局部与硅体部分分离,呈现可运动的机构。
分离主要依靠牺牲层(Sacrifice Layer)技术,即在硅衬底上先沉积上一层最后要被腐蚀(牺牲)掉的膜(如SiO2可用HF腐蚀),再在其上淀积制造运动机构的膜,然后用光刻技术制造出机构图形和腐蚀下面膜的通道,待一切完成后就可以进行牺牲层腐蚀而使微机构自由释放出来。
硅表面微机械加工技术包括制膜工艺和薄膜腐蚀工艺。
制膜工艺包括湿法制膜和干式制膜。
湿法制膜包括电镀(LIGA工艺)、浇铸法和旋转涂层法、阳极氧化工艺。
其中LIGA 工艺是利用光制造工艺制作高宽比结构的方法,它利用同步辐射源发出的X射线照射到一种特殊的PMMA感光胶上获得高宽比的铸型,然后通过电镀或化学镀的方法得到所要的金属结构。