基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器.pdf

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1、2016年第35卷第2期传感器与微系统(rr丑nsducerandMicrosystemTechnologies)103DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02--0103-03基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器王宇，方东明，陈博，彭春荣，夏善红(1．中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室。北京100190；2．中国科学院大学。北京100049))摘要：提出并研制了一种二维电场检测传感芯片，将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3．5mmx3．5mm的敏感结构上，实现了单芯片

2、的电场二维测量。介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计，以及基于绝缘体上硅(SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术。成功研制出传感器原理样机，研究了微型二维电场传感器的标定方法，开发了用于电场二维标定的测试装置，并在室温常压下对传感器进行了二维标定。实验结果表明：该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰，测量误差优于7．04％，线性度可达到1．25％。关键词：电场传感器；微机电系统；绝缘体上硅(SOI)；旋转谐振式微执行器；二维测量；电场标定中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000-978

3、7(2016)O2-0103-031』lono’li-t·lhi-ct‘WO-n1l●menSl●0na1’e’lect-ri‘cnme’ld’Sensor’based’0nrotaryresonantstructureWANGYu，FANGDong—ming，CHENBo，PENGChun．rong，XIAShan—hong(1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciences，Beiji

4、ng100190，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Atwo—dimensionalelectricfielddetectingsensingchipispresented，researchedandfabricated，whichintegratesfourelectricfieldmeasurementmicrounitandrotarydrivingmicrostructureon3．5mm×3．5

5、mmsensitivestructuretorealizemonolithictwo—dimensionalelectricfieldmeasurement．Workingprincipleofthesensor，designofsensingstructureandfabricationtechnologyofmonolithictwo—dimensionalelectricfieldmicrosensorbasedonSOIprocessareintroduced．Theprototypeofthepropose

6、dsensorissuccessfullyfabricated．andthecalibrationmethodandthecalibrationequipmentaxedevelopedtoconducttwo．dimensionalcalibrationexperimentsatroomtemperatureandordinarypressure．Thetestresultsshowthattheproposedsensoreffectivelyeliminatesthecross—axiscouplinginte

7、rferenceofelectricfield。andmeasurementerrorispriorto7．04％．andthelineaxitycanachieve1．25％．Keywords：electricfieldsensor；MEMS；SOI；rotaryresonantmicroactuator；two-dimensionalmeasurement；electricfieldealibration0引言装复杂、成本较高。微机电系统(MEMS)技术制备的传感电场传感器在许多领域具有重要的应用，比如：雷暴来器

8、兼具体积小、功耗低、易集成化、易批量生产等突出优点，临前会引起大气电场强度的剧烈变化，通过对大气电场的成为近年来研究的热点。监测可实现雷电预警；此外，还可用于电力系统中的电力设目前有多个单位报道了微型电场传感器的研究成备绝缘状况监测、工业静电测量，以及气象学中雷云的电荷果]，然而目前所报道的微型电场传感器都只能测量电结构反演等。在高空，空间大气