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(chǎng)的新熱點(diǎn)。在本技術(shù)報(bào)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(jié)構(gòu)組成。由兩個(gè)敏感結(jié)構(gòu)組成一個(gè)雙端型結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱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(guò)去幾年中，由于靜電傳感器市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，使得很多 MEMS制造商和半導(dǎo)體公司對(duì)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(bào)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(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(dú)立的振動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生，這兩個(gè)系統(tǒng)可以由不同的傳感器來(lái)測(cè)量。AlN薄膜是一種具有很高電學(xué)性能及機(jī)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(gè)相互獨(dú)立的振動(dòng)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(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)上。在我們的測(cè)試中，我們采用了兩個(gè)獨(dú)立的傳感器進(jìn)行測(cè)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(hào)來(lái)控制，該信號(hào)由電容器提供。
靜電傳感器通過(guò)電荷耦合器件（CCD）或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）元件將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)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(jié)構(gòu)
根據(jù)我們所給出的數(shù)據(jù)，在一個(gè)帶有薄膜電極的敏感結(jié)構(gòu)中，可以產(chǎn)生和檢測(cè)靜電。這一結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相互獨(dú)立的敏感結(jié)構(gòu)，每個(gè)敏感結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)獨(dú)立的振子。我們?cè)诒緢?bào)告中將簡(jiǎn)單介紹其中一個(gè)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(fèi)電子產(chǎn)品等，因此對(duì)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(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(biāo)可用于衡量靜電傳感器的檢測(cè)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(cè)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(cè)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(bào)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(jié)構(gòu)和薄膜電極的加工工藝整合在一起，然后對(duì)敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。接下來(lái)，我們將對(duì)薄膜電極的加工工藝進(jìn)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(zhǎng) AlN薄膜，然后利用原子力顯微鏡（AFM）對(duì)所制備的 AlN薄膜進(jìn)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(jìn)行薄膜電極陣列的加工工藝。該步驟之后，我們將對(duì)該陣列進(jìn)行封裝。
總結(jié)
本報(bào)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。
