基于隧道效应的力平衡式MEMS陀螺仪的设计研究的开题报告.docx

基于隧道效应的力平衡式MEMS陀螺仪的设计研究的开题报告
一、研究背景和意义
陀螺仪是一种能够测量物体转动角速度的传感器。在众多应用中，MEMS陀螺仪因其小巧、低功耗和制造成本低等特点，被广泛应用于航天、导航、无人机、工业自动化等领域。而其中基于隧道效应的力平衡式MEMS陀螺仪，具有灵敏度高、稳定性好等优点，已成为近年来陀螺仪领域的研究热点。
本课题旨在研究基于隧道效应的力平衡式MEMS陀螺仪的设计和制造方法，加深对该技术的理解和应用，提高MEMS陀螺仪的性能和稳定性，为相关领域的应用提供更好的支持和保障。
二、研究内容及技术路线
1.设计隧道效应力平衡器的结构和尺寸，并进行仿真分析；
2.搭建MEMS陀螺仪的制造平台，实现器件的微纳加工；
3.制备隧道效应力平衡结构、传感器电极和导引线等；
4.进行力平衡测试和陀螺测试，分析测试结果，并对器件进行优化。
技术路线：
1、理论研究：研究MEMS陀螺仪的原理、隧道效应的物理学原理等，制定设计方案；
2、结构设计：根据设计方案，设计隧道效应力平衡器的结构和尺寸，并进行仿真分析；
3、制造工艺：搭建MEMS陀螺仪的制造平台，制备隧道效应力平衡结构、传感器电极和导引线等；
4、测试实验：进行力平衡测试和陀螺测试，记录并分析测试结果，优化器件性能。
三、预期研究成果与意义
预期研究成果：
1、设计一种结构合理、性能优良的隧道效应力平衡式MEMS陀螺仪，并制造成功；
2、对该MEMS陀螺仪进行精确测试和性能优化，对其进行性能评价。
预期研究意义：
1、提高MEMS陀螺仪的性能和稳定性，为相关领域的应用提供更好的支持和保障；
2、推广MEMS陀螺仪在航空、导航、工业自动化等领域的应用，促进技术的发展和进步。
四、研究计划和进度安排
期限/阶段任务安排
2021年1-3月1、文献综述和理论研究，确定研究方向和设计方案；2、进行MEMS陀螺仪的结构设计和仿真分析。
2021年4-6月1、制备器件的掩膜片和硅片；2、进行MEMS陀螺仪的微纳加工。
2021年7-9月1、制备隧道效应力平衡结构、传感器电极和导引线；2、进行隧道效应力平衡测试。
2021年10-12月1、进行MEMS陀螺测试和性能优化；2、记录数据并进行分析，撰写论文并提交。
五、预期研究难点和解决方法
研究难点：
1、如何设计结构合理的隧道效应力平衡器，在保证器件性能的前提下尽可能减小尺寸和制造成本；
2、如何制备完整的MEMS陀螺仪器件，包括器件的微纳加工、隧道效应力平衡结构、传感器电极和导引线等制备。
解决方法：
1、采用软件仿真的方法，在尺寸和性能之间找到一个平衡点，确定最优设计方案；
2、充分利用MEMS技术的微纳加工特点，采用靶材及反应离子蚀刻（RIE）的方法，对器件进行微纳加工，实现制造全流程的集成化。