ساخت، شناسایی و تحلیل یک ژیروسکوپ CMOS – MEMS

چکیده – یک ژیروسکوپ با یک کف صوتی اندازه‌گیری شده از ۰.۰۲ s/〖Hz〗^(۱/۲) در فرکانس ۵ هرتز توسط ریزماشین کاری پس از CMOS ساخته شده‌است که از لایه‌های فلزی اتصال برای ماسک برداشتن گام‌های ساختاری استفاده می‌کند. سنسور سرعت زاویه‌ای ۱×۱ میلی متر محور جانبی در ارتعاش صفحه و تشخیص شتاب Coriolis با استفاده از مدارات CMOS درون تراشه استفاده می‌شود. این وسیله حاصل ترکیبی از ساختارهای ۱.۸ میکرومتر لایه نازک را برای فنرهای با انطباق خارج از صفحه و ساختارهای متشکل از ۶۰ میکرومتر ضخامت سیلیکونی تعریف می‌کند که به وسیله حک یونی شدیدا واکنش پذیر برای جرم ثابت و فنر با سختی خارج از صفحه تعریف می‌شود. ریز ساختار مسطح است و از تاب خوردگی اضافی اجتناب می‌کند، که در سیستم‌های فیلم نازک CMOS – ریزالکترومکانیکی قبلی وجود دارد. حذف کامل مواد سیلیکونی انتخابی، جداسازی الکتریکی از سیلیکون حجیم را برای بدست آوردن انگشتان شانه (شانه fingers) قابل‌کنترل به تنهایی فراهم می‌کند. جفت شدگی حرکت مستقیم مشاهده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

A gyroscope with a measured noise floor of 0.02°/s/Hz 1 2/ at 5 Hz is fabricated by post-CMOS micromachining that uses interconnect metal layers to mask the structural etch steps. The 1 × ۱ mm lateral-axis angular rate sensor employs in-plane vibration and out-of-plane Coriolis acceleration detection with on-chip CMOS circuitry. The resultant device incorporates a combination of 1.8-μm-thick thin-film structures for springs with out-of-plane compliance and 60-μm-thick bulk silicon structures defined by deep reactive-ion etching for the proof mass and springs with out-of-plane stiffness. The microstructure is flat and avoids excessive curling, which exists in prior thin-film CMOS-microelectromechanical systems gyroscopes. Complete etch removal of selective silicon regions provides electrical isolation of bulk silicon to obtain individually controllable comb fingers. Direct motion coupling is observed and analyzed.