Prediction of gap asymmetry in differential micro accelerometers.
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差分微加速度计中间隙不对称性的预测
DOI：
10.3390/s120606857
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
He X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhou W;Li B;Peng B;Su W;He X
差动电容的间隙不对称性是力平衡微加速度计零偏输出的主要原因。并用来评估差动结构在MEMS制造中的适用性。因此，确定不对称程度对MEMS器件的设计具有重要意义。提出了一种预测微加速度计差动传感电容间隙不对称性的实验-理论方法。该方法包括三个步骤：首先，提出了双向测量方法，该方法可以大大降低反馈电路对偏置输出的影响。然后在离心机上进行实验，以获得加速度计的输入和输出数据。其次，从理论上推导了考虑间隙不对称性和电路误差时加速度计的输入输出关系。最后，该预测方法将测量结果和解析推导相结合，识别了DRIE制造的30个加速度计的非对称误差。结果表明，加工不确定度引起的不对称程度约为±5×10−2，在4μm间隙下的绝对误差约为±0.2μm。
Gap asymmetry in differential capacitors is the primary source of the zero bias output of force-balanced micro accelerometers. It is also used to evaluate the applicability of differential structures in MEMS manufacturing. Therefore, determining the asymmetry level has considerable significance for the design of MEMS devices. This paper proposes an experimental-theoretical method for predicting gap asymmetry in differential sensing capacitors of micro accelerometers. The method involves three processes: first, bi-directional measurement, which can sharply reduce the influence of the feedback circuit on bias output, is proposed. Experiments are then carried out on a centrifuge to obtain the input and output data of an accelerometer. Second, the analytical input-output relationship of the accelerometer with gap asymmetry and circuit error is theoretically derived. Finally, the prediction methodology combines the measurement results and analytical derivation to identify the asymmetric error of 30 accelerometers fabricated by DRIE. Results indicate that the level of asymmetry induced by fabrication uncertainty is about ±5 × 10−2, and that the absolute error is about ±0.2 μm under a 4 μm gap.
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