靜電傳感器是 MEMS技術(shù)應用的重要組成部分，隨著(zhù) MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，靜電傳感器已經(jīng)成為 MEMS市場(chǎng)的新熱點(diǎn)。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(diǎn)的靜電傳感器。它由一個(gè)薄膜電極陣列和一個(gè)敏感結構組成。由兩個(gè)敏感結構組成一個(gè)雙端型結構，其對稱(chēng)性保證了該傳感器具有極高的分辨率和靈敏度，同時(shí)傳感器還有非常好的線(xiàn)性度，能夠滿(mǎn)足大多數靜電傳感器應用領(lǐng)域的需求。
在過(guò)去幾年中，由于靜電傳感器市場(chǎng)的高速增長(cháng)，使得很多 MEMS制造商和半導體公司對此投入了大量精力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。我們將簡(jiǎn)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。
當一片薄膜電極放置在樣品表面上時(shí)，該電極與樣品之間會(huì )產(chǎn)生靜電力。該靜電力為兩個(gè)相互獨立的振動(dòng)系統所產(chǎn)生，這兩個(gè)系統可以由不同的傳感器來(lái)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用于靜電傳感器領(lǐng)域，還可以作為一種半導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(gè)相互獨立的振動(dòng)系統由一片 AlN薄膜電極和一片敏感結構組成。當這兩個(gè)系統處于平衡狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)系統產(chǎn)生的靜電將會(huì )通過(guò)薄膜電極上的小孔傳到敏感結構上。在我們的測試中，我們采用了兩個(gè)獨立的傳感器進(jìn)行測量，以避免相互干擾。其中一個(gè)傳感器為質(zhì)量塊，另一個(gè)為電容式傳感器。靜電由薄膜電極的電壓信號來(lái)控制，該信號由電容器提供。
靜電傳感器通過(guò)電荷耦合器件（CCD）或微機電系統（MEMS）元件將電壓信號轉換為數字量，從而實(shí)現測量的目的。該靜電傳感器具有以下特點(diǎn)：
靜電傳感器的基本結構
根據我們所給出的數據，在一個(gè)帶有薄膜電極的敏感結構中，可以產(chǎn)生和檢測靜電。這一結構包括兩個(gè)相互獨立的敏感結構，每個(gè)敏感結構包括兩個(gè)獨立的振子。我們在本報告中將簡(jiǎn)單介紹其中一個(gè)敏感結構——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
由于靜電傳感器的主要應用領(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)指標要求也是十分嚴格的。目前，有很多廠(chǎng)商推出了不同的靜電傳感器產(chǎn)品。他們的技術(shù)指標也不盡相同，其中較為常見(jiàn)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量與帶電粒子之間距離間的比值。
3、線(xiàn)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(jiǎn)要介紹靜電傳感器的工藝流程。在這個(gè)工藝流程中，我們將首先將敏感結構和薄膜電極的加工工藝整合在一起，然后對敏感結構進(jìn)行封裝。接下來(lái)，我們將對薄膜電極的加工工藝進(jìn)行詳細介紹。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(cháng) AlN薄膜，然后利用原子力顯微鏡（AFM）對所制備的 AlN薄膜進(jìn)行形貌觀(guān)察及分析。該步驟之后，我們將利用激光刻蝕技術(shù)進(jìn)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(jìn)行封裝。
總結
本報告旨在介紹一種靈敏度高、響應速度快、量程寬及噪聲低的 MEMS靜電傳感器。
