基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀的製作方法

2023-07-10 21:53:51 1

專利名稱：基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陀螺儀，尤其是涉及一種基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀。
背景技術：
陀螺儀是用於測量角速率或角位移的傳感器。根據工作原理，陀螺儀可以分為哥氏(Coriolis)陀螺儀、磁懸浮轉子陀螺儀、薩格奈克(Sagnac)陀螺儀、核磁共振陀螺儀等。 早期傳統的陀螺儀存在體積太大、便攜性差和靈敏度低等問題。在過去30年裡，得益於微機電系統(MEMS)技術的迅猛發展，微機械陀螺儀的結構設計、製作工藝、後續信號處理電路以及敏感位移轉換機理等都取得了長足的進展。微機械陀螺儀具有體積小、成本低、功耗低等優點，不同結構的微機械陀螺儀具有不同的精度，不同精度的陀螺儀用在不同的應用領域。低精度的速率級的陀螺儀主要應用於汽車工業和消費電子產品領域。在汽車領域， 微機械陀螺儀用來防側翻、防滑控制以及電子穩定控制等。在電子消費產品領域，微機械陀螺儀可以用來進行攝像機的防抖動控制、手機的穩定性控制、遊戲機頭盔的穩定性控制、可攜式電子產品的慣性滑鼠和導航控制等。除此之外，其還可以用於機器人的姿態控制系統。 在軍事領域，飛彈導航、航空航天、平臺穩定、全球定位系統等必須應用高精度的微機械陀螺儀。原子陀螺儀在理論上具有最高的精度，但目前還只是處於實驗室實驗階段，還未有真正的產業化商品問世。目前市場上已經商業化的精度最高的兩種陀螺儀分別是光纖陀螺儀和靜電陀螺儀，但是，由於體積龐大和價格昂貴，這兩類高精度的陀螺儀的應用領域受到了極大的限制。隨著對高性能陀螺儀需求的不斷擴大，基於新原理和新材料的微陀螺儀取得了驚人的進展。其中，利用碳納米管均勻陣列的場致發射特性對位移變化的靈敏度有望研製出新型的高靈敏度的微機械陀螺儀。碳納米管在1991年被發現以來，這種準一維新型納米C材料以其優異的電學和熱學性能而備受關注。由於碳納米管的長徑比很大和尖端曲率半徑很小，它與傳統的鑰、鎢、 矽、金剛石等產發射陰極材料相比，具有更高的機械強度、更穩定的化學性能，因此碳納米管是一種極其理想的場發射電子源，其發射穩定性比金屬好。碳納米管在相對較低的電壓下就能夠發射大量的電子，尖端放電特性非常好；通過PECVD工藝能夠在基底表面生長出垂直定向的碳納米管均勻陣列，因此發射電流密度大，最大電流可達到lOmA/cm2。利用碳納米管的導通電壓低、電流密度大、化學性質穩定等優異的場發射特性可以製成高靈敏度的微型陀螺儀、加速度計或壓力傳感器等。現階段，對場發射微型傳感器的研究還僅僅是處於實驗室的模擬仿真階段，主要針對結構優化、真空封裝、鍵合工藝等進行研究。將碳納米管的場發射特性應用於微陀螺儀的敏感位移的轉換機理的研究還未見文獻報導。場致發射理論的基本原理是，陰極和陽極之間所加載的電壓產生的強電場使得陰極表面的勢壘降低或減薄，從而產生隧道效應，激發電子從陰極固體表面發射出來，其發射的電流密度滿足
權利要求
1.基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀，其特徵在於設有上基底和下基底，所述上基底和下基底二者通過矽-矽鍵合在一起並通過金屬引線與外圍驅動及檢測電路相連； 所述上基底上製作有基座、驅動彈性梁、檢測彈性梁、質量塊和驅動梳齒，所述上基底作為陽極；所述下基底上生長垂直定向的碳納米管均勻陣列，所述垂直定向的碳納米管均勻陣列作為陰極。
2.如權利要求I所述的基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀，其特徵在於所述上基底採用矽上基底，所述下基底採用矽下基底。
3.如權利要求I所述的基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀，其特徵在於所述質量塊由內框架和外框架組成。
全文摘要
基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀，涉及一種陀螺儀。提供一種魯棒性強、穩定性與靈敏度高的基於碳納米管陣列場發射的微機械陀螺儀。設有上基底和下基底，所述上基底和下基底二者通過矽-矽鍵合在一起並通過金屬引線與外圍驅動及檢測電路相連；所述上基底上製作有基座、驅動彈性梁、檢測彈性梁、質量塊和驅動梳齒，所述上基底作為陽極；所述下基底上生長垂直定向的碳納米管均勻陣列，所述垂直定向的碳納米管均勻陣列作為陰極。
文檔編號G01C19/5656GK102607545SQ20121010614
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者何杰, 劉益芳, 李益盼, 楊爭雄 申請人:廈門大學