靜電傳感器是 MEMS技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，隨著 MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，靜電傳感器已經(jīng)成為 MEMS市場的新熱點。在本技術(shù)報告中，我們將介紹一種具有低功耗、高分辨率、寬量程、低噪聲等特點的靜電傳感器。它由一個薄膜電極陣列和一個敏感結(jié)構(gòu)組成。由兩個敏感結(jié)構(gòu)組成一個雙端型結(jié)構(gòu)，其對稱性保證了該傳感器具有極高的分辨率和靈敏度，同時傳感器還有非常好的線性度，能夠滿足大多數(shù)靜電傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的需求。
在過去幾年中，由于靜電傳感器市場的高速增長，使得很多 MEMS制造商和半導(dǎo)體公司對此投入了大量精力進行開發(fā)。我們將簡要介紹在本技術(shù)報告中我們將要介紹的 MEMS靜電傳感器原理。
當(dāng)一片薄膜電極放置在樣品表面上時，該電極與樣品之間會產(chǎn)生靜電力。該靜電力為兩個相互獨立的振動系統(tǒng)所產(chǎn)生，這兩個系統(tǒng)可以由不同的傳感器來測量。AlN薄膜是一種具有很高電學(xué)性能及機械性能的新型材料。它不僅可以作為敏感元件應(yīng)用于靜電傳感器領(lǐng)域，還可以作為一種半導(dǎo)體材料用于靜電傳感器、射頻（RF）及微波器件等其他方面。
工作原理
傳感器的工作原理如圖1所示。兩個相互獨立的振動系統(tǒng)由一片 AlN薄膜電極和一片敏感結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)這兩個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，振動系統(tǒng)產(chǎn)生的靜電將會通過薄膜電極上的小孔傳到敏感結(jié)構(gòu)上。在我們的測試中，我們采用了兩個獨立的傳感器進行測量，以避免相互干擾。其中一個傳感器為質(zhì)量塊，另一個為電容式傳感器。靜電由薄膜電極的電壓信號來控制，該信號由電容器提供。
靜電傳感器通過電荷耦合器件（CCD）或微機電系統(tǒng)（MEMS）元件將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而實現(xiàn)測量的目的。該靜電傳感器具有以下特點：
靜電傳感器的基本結(jié)構(gòu)
根據(jù)我們所給出的數(shù)據(jù)，在一個帶有薄膜電極的敏感結(jié)構(gòu)中，可以產(chǎn)生和檢測靜電。這一結(jié)構(gòu)包括兩個相互獨立的敏感結(jié)構(gòu)，每個敏感結(jié)構(gòu)包括兩個獨立的振子。我們在本報告中將簡單介紹其中一個敏感結(jié)構(gòu)——雙端型金屬-絕緣體-金屬（DMIG）。與雙端型金屬-絕緣體-金屬（DMIG）相比，雙端型金屬-絕緣體-金屬（DMIG）
主要技術(shù)指標(biāo)
由于靜電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、工業(yè)控制及消費電子產(chǎn)品等，因此對于靜電傳感器的技術(shù)指標(biāo)要求也是十分嚴(yán)格的。目前，有很多廠商推出了不同的靜電傳感器產(chǎn)品。他們的技術(shù)指標(biāo)也不盡相同，其中較為常見的有以下幾種：
1、靈敏度：指的是靜電傳感器的靈敏度，該指標(biāo)可用于衡量靜電傳感器的檢測范圍。
一般情況下，靜電傳感器具有較大的工作電壓，在此電壓下，能夠檢測到足夠小的量。
2、分辨率：指的是靜電傳感器所能分辨出帶電粒子數(shù)量與帶電粒子之間距離間的比值。
3、線性度：指的是靜電傳感器所能檢測出微弱電壓變化與靜電傳感器本身輸出電壓變化之間的比值。
工藝流程
在本報告中，我們將簡要介紹靜電傳感器的工藝流程。在這個工藝流程中，我們將首先將敏感結(jié)構(gòu)和薄膜電極的加工工藝整合在一起，然后對敏感結(jié)構(gòu)進行封裝。接下來，我們將對薄膜電極的加工工藝進行詳細(xì)介紹。薄膜電極陣列的加工工藝是在硅基上完成的。具體步驟是：首先，利用化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)在硅襯底上生長 AlN薄膜，然后利用原子力顯微鏡（AFM）對所制備的 AlN薄膜進行形貌觀察及分析。該步驟之后，我們將利用激光刻蝕技術(shù)進行薄膜電極陣列的加工工藝。該步驟之后，我們將對該陣列進行封裝。
總結(jié)
本報告旨在介紹一種靈敏度高、響應(yīng)速度快、量程寬及噪聲低的 MEMS靜電傳感器。
