差分电容式MEMS加速度计的结构设计及仿真

作者：邬润杰; 张伟^*; 郭子龙

来源：现代电子技术, 2023, 46(13): 147-152.

DOI：10.16652/j.issn.1004-373x.2023.13.025

• 加速度计
• 敏感元件
• “三明治”结构
• 差分检测
• 有限元分析
• 灵敏度
• 支撑梁厚度

为了扩大加速度计的测量范围、提高其灵敏度并且控制成本，提出一种差分电容式MEMS加速度计，并介绍了其敏感机理，即输入加速度时硅质量块产生相应位移，与钯银电极形成差分电容。通过建立输入加速度、电容差及输出电压三者之间的关系，即可检测z轴加速度。使用有限元分析，设置加速度为±100g范围内，对该加速度计支撑梁厚度变化时其应力、位移变化情况进行计算和分析。结果表明，差分电容式MEMS加速度计具有加速度计效应，加速度在±100g范围内线性度良好。加速度计在梁厚为0.058 mm时，输入加速度和位移的最佳比例系数为10-7m/g，其机械灵敏度、位移灵敏度和电容灵敏度较梁厚为0.075 mm时分别提高了10%、38%和37.9%。该研究为后续结构改进、性能优化奠定了理论基础。

• 单位
  北京信息科技大学; 西安工业大学