一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器的制作方法

文档序号:12111069阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器,包括单晶硅基底(1),单晶硅基底(1)上生长一层二氧化硅绝缘层(2),二氧化硅绝缘层(2)上设有单晶硅结构层(3),其特征在于:

单晶硅结构层(3)包括两个相对的“Z”字形微放大梁,每个“Z”字形微放大梁包括输入梁(10-1)、杠杆梁(10-2)、支点梁(10-3)和输出梁(10-4),杠杆梁(10-2)顶部与输入梁(10-1)连接,杠杆梁(10-2)底部与输出梁(10-4)的一端连接,杠杆梁(10-2)中下部与支点梁(10-3)的一端连接,输入梁(10-1)通过连接梁(11)固定于第四锚点(12-4)上,两个相对的输入梁(10-1)上刻蚀出孔,两个孔共同组成键槽(16)并安装有键(17),键(17)安装有待测线型微纳材料(17-1),支点梁(10-3)的另一端与两个杠杆梁(10-2)之间的第五锚点(12-5)连接;

输出梁(10-4)的另一端和双端固定谐振音叉(13)的底部连接,双端固定谐振音叉(13)的顶部与第三锚点(12-3)连接,双端固定谐振音叉(13)由两根竖长谐振梁构成,双端固定谐振音叉(13)的两侧连接有第一平板电容组(14-1)和第二平板电容组(14-2),第一平板电容组(14-1)的另一侧固定于第一锚点(12-1)上,第二平板电容组(14-2)的另一侧固定于第二锚点(12-2)上;

除了所述锚点以外,其余结构下方的二氧化硅绝缘层(2)和单晶硅基底(1)都被刻蚀掉,即都处于悬空状态;在第一锚点(12-1)、第二锚点(12-2)、第三锚点(12-3)上设有溅射的金属电极板,分别为第一金属电极板(15-1)、第二金属电极板(15-2)和第三金属电极板(15-3);

第三金属电极板(15-3)和直流电源连接,第一金属电极板(15-1)依次通过放大器(18-1)、带通滤波器(18-2)、移相电路(18-3)、比较器(18-4)、增益调节电路(18-5)和第二金属电极板(15-2)连接,放大器(18-1)、带通滤波器(18-2)、移相电路(18-3)、比较器(18-4)和增益调节电路(18-5)形成自激振荡电路,比较器(18-4)的输出还连接有频率测量装置(18-6)。

2.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器,其特征在于:所述的杠杆梁(10-2)长度范围为500um-1500um,支点梁(10-3)到输入梁(10-1)的距离与其到输出梁(10-4)的距离比值范围达10-100倍。

3.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器,其特征在于:所述的双端固定谐振音叉(13)长度范围为100um-300um,双端固定谐振音叉(13)的谐振梁宽度范围为2um-5um,每一平板电容组中的两个电容平板都静电耦合,平板电容的长度范围为70um-150um。

4.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器,其特征在于:所述的第一锚点(12-1)、第二锚点(12-2)、第三锚点(12-3)、第四锚点(12-4)都为正方形,其边长范围为180um-600um,第五锚点(12-5)为长方形,其长范围为250um-1500um,宽范围为180um-600um,金属电极板都为略小于锚点的正方形,边长范围为150um-250um。

5.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器,其特征在于:所述的键(17)外形为圆柱体,键(17)的底部设有与键槽(16)形状相同的凸块(17-2),键(17)的顶部开圆柱形孔,在应用时与线型微纳材料(17-1)粘接配合,孔的直径与所采用的线型微纳材料(17-1)直径相适应。

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