专利名称：基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺仪，尤其是涉及一种基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪。
背景技术：
陀螺仪是用于测量角速率或角位移的传感器。根据工作原理，陀螺仪可以分为哥氏(Coriolis)陀螺仪、磁悬浮转子陀螺仪、萨格奈克(Sagnac)陀螺仪、核磁共振陀螺仪等。 早期传统的陀螺仪存在体积太大、便携性差和灵敏度低等问题。在过去30年里，得益于微机电系统(MEMS)技术的迅猛发展，微机械陀螺仪的结构设计、制作工艺、后续信号处理电路以及敏感位移转换机理等都取得了长足的进展。微机械陀螺仪具有体积小、成本低、功耗低等优点，不同结构的微机械陀螺仪具有不同的精度，不同精度的陀螺仪用在不同的应用领域。低精度的速率级的陀螺仪主要应用于汽车工业和消费电子产品领域。在汽车领域， 微机械陀螺仪用来防侧翻、防滑控制以及电子稳定控制等。在电子消费产品领域，微机械陀螺仪可以用来进行摄像机的防抖动控制、手机的稳定性控制、游戏机头盔的稳定性控制、便携式电子产品的惯性鼠标和导航控制等。除此之外，其还可以用于机器人的姿态控制系统。 在军事领域，导弹导航、航空航天、平台稳定、全球定位系统等必须应用高精度的微机械陀螺仪。原子陀螺仪在理论上具有最高的精度，但目前还只是处于实验室实验阶段，还未有真正的产业化商品问世。目前市场上已经商业化的精度最高的两种陀螺仪分别是光纤陀螺仪和静电陀螺仪，但是，由于体积庞大和价格昂贵，这两类高精度的陀螺仪的应用领域受到了极大的限制。随着对高性能陀螺仪需求的不断扩大，基于新原理和新材料的微陀螺仪取得了惊人的进展。其中，利用碳纳米管均匀阵列的场致发射特性对位移变化的灵敏度有望研制出新型的高灵敏度的微机械陀螺仪。碳纳米管在1991年被发现以来，这种准一维新型纳米C材料以其优异的电学和热学性能而备受关注。由于碳纳米管的长径比很大和尖端曲率半径很小，它与传统的钥、钨、 硅、金刚石等产发射阴极材料相比，具有更高的机械强度、更稳定的化学性能，因此碳纳米管是一种极其理想的场发射电子源，其发射稳定性比金属好。碳纳米管在相对较低的电压下就能够发射大量的电子，尖端放电特性非常好；通过PECVD工艺能够在基底表面生长出垂直定向的碳纳米管均匀阵列，因此发射电流密度大，最大电流可达到lOmA/cm2。利用碳纳米管的导通电压低、电流密度大、化学性质稳定等优异的场发射特性可以制成高灵敏度的微型陀螺仪、加速度计或压力传感器等。现阶段，对场发射微型传感器的研究还仅仅是处于实验室的模拟仿真阶段，主要针对结构优化、真空封装、键合工艺等进行研究。将碳纳米管的场发射特性应用于微陀螺仪的敏感位移的转换机理的研究还未见文献报道。场致发射理论的基本原理是，阴极和阳极之间所加载的电压产生的强电场使得阴极表面的势垒降低或减薄，从而产生隧道效应，激发电子从阴极固体表面发射出来，其发射的电流密度满足
权利要求
1.基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪，其特征在于设有上基底和下基底，所述上基底和下基底二者通过硅-硅键合在一起并通过金属引线与外围驱动及检测电路相连； 所述上基底上制作有基座、驱动弹性梁、检测弹性梁、质量块和驱动梳齿，所述上基底作为阳极；所述下基底上生长垂直定向的碳纳米管均匀阵列，所述垂直定向的碳纳米管均匀阵列作为阴极。
2.如权利要求I所述的基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪，其特征在于所述上基底采用硅上基底，所述下基底采用硅下基底。
3.如权利要求I所述的基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪，其特征在于所述质量块由内框架和外框架组成。
全文摘要
基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪，涉及一种陀螺仪。提供一种鲁棒性强、稳定性与灵敏度高的基于碳纳米管阵列场发射的微机械陀螺仪。设有上基底和下基底，所述上基底和下基底二者通过硅-硅键合在一起并通过金属引线与外围驱动及检测电路相连；所述上基底上制作有基座、驱动弹性梁、检测弹性梁、质量块和驱动梳齿，所述上基底作为阳极；所述下基底上生长垂直定向的碳纳米管均匀阵列，所述垂直定向的碳纳米管均匀阵列作为阴极。
文档编号G01C19/5656GK102607545SQ20121010614
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者何杰, 刘益芳, 李益盼, 杨争雄 申请人:厦门大学