隨著智能手機等消費電子產(chǎn)品市場的不斷擴大,加速計的需求也將大幅增加。這種小型化、量產(chǎn)化的加速度計通常采用硅MEMS技術(shù)開發(fā),其制造工藝已經(jīng)非常成熟。那么具有更高靈敏度和更低噪聲的MEMS加速度計是怎樣的?
在加速度計的設(shè)計中,尺寸減小和降低噪聲是一個矛盾體,因為布朗噪聲主導(dǎo)的機械噪聲與稱為檢驗質(zhì)量的移動電極的質(zhì)量成反比。此外,電容式加速度計的靈敏度通常與加速度計尺寸成正比,因此在尺寸減小和靈敏度增加之間也存在矛盾。由于高分辨率加速度計需要低噪聲和高靈敏度性能,因此傳統(tǒng)的基于硅的MEMS加速度計難以檢測1μG電平的加速度。
由東京工業(yè)大學(xué)和NTT先進(jìn)技術(shù)公司的研究人員組成的研究小組此前提出了一種方法,通過使用金材料將MEMS加速度計的檢驗質(zhì)量尺寸縮小到不到十分之一。在這項工作中,作為這一研究成果的延伸,他們在檢測質(zhì)量和彈簧組件上采用了多層金屬結(jié)構(gòu),并開發(fā)了一種低噪聲、高靈敏度的MEMS加速度計。
通過使用多層金作為檢驗質(zhì)量結(jié)構(gòu),通過增加單位面積質(zhì)量,它們減小了布朗噪聲,其與檢驗質(zhì)量成反比。
此外,他們通過減少檢測質(zhì)量的翹曲來利用4平方毫米芯片的整個區(qū)域,這使它們能夠增加加速度計的電容靈敏度。
新型加速度計的靈敏度較之前技術(shù)高100倍,相同尺寸的噪音降低十分之一,如下圖所示。因此,該加速度計可以檢測低至1μG的輸入加速度。
該加速度計可應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測、超輕型機器人、機動車輛控制、GPS無法使用的高精度控制導(dǎo)航系統(tǒng)以及需要超低加速度傳感的空間環(huán)境測量。
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