电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法

本发明涉及微机电，特别是涉及一种电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法。

背景技术：

1、陀螺仪是一种用于测量运动载体相对于惯性空间角度或角速度信息的传感器，是惯性导航系统的重要组成单元。mems（micro electro-mechanical systems，微机电系统）陀螺在二十世纪八十年代开始出现，与光学陀螺和传统机械转子陀螺相比，具有体积小、功耗低、可批量生产、易集成化等特点，具有较为广泛的应用前景。

2、依托相对成熟的半导体产业基础，硅是早期被选择作为制备微机电陀螺的材料。然而，由于单晶硅材料存在各向异性、易含杂质缺陷、热弹性阻尼大等制约因素，难以满足微机电陀螺未来发展的要求，因此，高品质熔融石英材料是制作微陀螺的理想选择。

3、基于熔融石英材料的微半球陀螺研究成果验证了新材料对于提升陀螺精度的显著效果，但微半球结构的加工工艺与传统平面化mems工艺不能兼容，难以像现有mems陀螺产品一样实现圆片级制造。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够平面化设计的、有效提升微陀螺的精度的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法。

2、一种电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，对微陀螺仪的结构进行设计，所述设计方法包括：确定所述微陀螺仪的构型，包括衬底和结构层，所述结构层为平面结构；

3、在所述衬底的一侧开设有凹槽，所述凹槽中心设置有凸台；

4、在所述结构层上，从中心依次向外设置有中心锚点、支撑梁、谐振环、固定电极和外围锚点区；所述中心锚点、所述支撑梁、所述谐振环、所述固定电极与所述外围锚点区一体成型；在所述谐振环与所述固定电极之间具有高陡直度的结构侧壁和高深宽比的电容间隙；

5、所述衬底与所述结构层进行装配组合时，通过所述凸台与所述中心锚点、凹槽外围与所述外围锚点区固定；所述支撑梁与所述谐振环悬置于所述凹槽上；

6、装配完成后，通过原子层沉积法在所述谐振环、所述支撑梁和所述固定电极上沉积导电膜层，然后对导电膜层进行分割，形成有效电容。

7、上述电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，结构层采用平面结构设计，整体制造过程更简单；中心锚点、支撑梁、谐振环、固定电极与外围锚点区一体成型的方式，减少了组件之间的连接点和潜在的弱点，降低应力集中，提高整个微陀螺仪的精度和一致性，还能够降低生产难度和成本；在谐振环与固定电极之间设计高陡直度的结构侧壁和高深宽比的电容间隙，能够更好的提高电容的灵敏度，保证电容变化的检测精度，提升微陀螺仪的检测灵敏度和响应速度；另外，采用原子层沉积法在谐振环、支撑梁和固定电极上沉积导电膜层，能够确保电容层的厚度均匀性和一致性，提高电容检测的精度和微陀螺仪的整体性能；然后对沉积后的导电膜层进行分割，有助于形成高质量的电容层。本发明提出的设计方法具有批量化、低成本的优势，可以实现圆片级批量化生产，具有较大的应用前景。

1.一种电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，对微陀螺仪的结构进行设计，所述设计方法包括：确定所述微陀螺仪的构型，包括衬底和结构层，所述结构层为平面结构；

2.根据权利要求1所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，所述支撑梁采用蜂巢拓扑型支撑梁。

3.根据权利要求2所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，采用激光辅助湿法刻蚀方法，在所述结构层上一体成型所述中心锚点、所述支撑梁、所述谐振环、所述固定电极和所述外围锚点区。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，所述衬底和所述结构层采用熔融石英材料制作。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，所述中心锚点的部分悬置于所述凸台上，所述外围锚点区部分悬置于所述凹槽外围。

6.根据权利要求5所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，所述衬底与所述结构层进行装配组合时，固定方式采用直接键合与激光焊接相结合的方式。

7.根据权利要求1至3任一项所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，通过原子层沉积法在所述谐振环、所述支撑梁和所述固定电极上沉积导电膜层后，然后对导电膜层进行分割，形成有效电容，包括：

8.根据权利要求1至3任一项所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，通过原子层沉积法在所述谐振环、所述支撑梁和所述固定电极上沉积导电膜层，然后对导电膜层进行分割，形成有效电容，包括：

9.根据权利要求1至3任一项所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，所述导电膜层采用氧化物或氮化物或金属。

10.根据权利要求1所述的电容式平面化全熔融石英结构微陀螺设计方法，其特征在于，还包括制备方法，所述制备方法包括以下步骤：