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具有更高灵敏度和更低噪声的MEMS加速度计是怎样的?

随着智能手机等消费电子产品市场的不断扩大,加速计的需求也将大幅增加。这种小型化、量产化的加速度计通常采用硅MEMS技术开发,其制造工艺已经非常成熟。那么具有更高灵敏度和更低噪声的MEMS加速度计是怎样的?

  

  在加速度计的设计中,尺寸减小和降低噪声是一个矛盾体,因为布朗噪声主导的机械噪声与称为检验质量的移动电极的质量成反比。此外,电容式加速度计的灵敏度通常与加速度计尺寸成正比,因此在尺寸减小和灵敏度增加之间也存在矛盾。由于高分辨率加速度计需要低噪声和高灵敏度性能,因此传统的基于硅的MEMS加速度计难以检测1μG电平的加速度。

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由东京工业大学和NTT先进技术公司的研究人员组成的研究小组此前提出了一种方法,通过使用金材料将MEMS加速度计的检验质量尺寸缩小到不到十分之一。在这项工作中,作为这一研究成果的延伸,他们在检测质量和弹簧组件上采用了多层金属结构,并开发了一种低噪声、高灵敏度的MEMS加速度计。

  

  通过使用多层金作为检验质量结构,通过增加单位面积质量,它们减小了布朗噪声,其与检验质量成反比。

  

  此外,他们通过减少检测质量的翘曲来利用4平方毫米芯片的整个区域,这使它们能够增加加速度计的电容灵敏度。

  

  新型加速度计的灵敏度较之前技术高100倍,相同尺寸的噪音降低十分之一,如下图所示。因此,该加速度计可以检测低至1μG的输入加速度。

  

  该加速度计可应用于医疗技术、基础设施监测、超轻型机器人、机动车辆控制、GPS无法使用的高精度控制导航系统以及需要超低加速度传感的空间环境测量。

  

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