把机械运动或加速度转成电信号，通常有压阻式、压电式、热式和电容式这几种办法，而电容式的优势特别多，灵敏度高、热稳定性好、能测直流还不怎么费电。最近伊朗的科研人员搞出来一款高灵敏度、低噪声、高精度的三轴电容式MEMS加速度计，这玩意儿体积非常小，长宽都只有0.65毫米。 这个结构有个亮点，就是用方形布局把芯片面积利用到了极致。x轴和y轴是梳齿电容，z轴则是活动极板夹在中间。更关键的是，在x轴和y轴各自放了两个独立的差分质量块，这就能有效压住噪声，减少不同轴之间的干扰。为了做出这个结构，研究人员弄了一套晶圆级封装的五掩模工艺。一般的表面微机械加工对付横向的驱动没问题，可z轴需要刚性的顶部电极，这就必须用异质集成的办法了，所以他们引入了共晶键合的盖帽晶圆技术。 通过COMSOL模拟发现，这东西在2.5伏电压下表现不错。x、y方向的输出电压灵敏度都是65毫伏每克，z方向则达到了102毫伏每克。布朗噪声方面，x/y方向大概6.7微克每根号赫兹，z方向大约2.5微克每根号赫兹。 高精度也是个强项，理想情况下非线性误差只有0.02%到0.04%，就算工艺有点误差也很稳健，误差不到1.1%。应力分析也表明最大应力远低于材料极限。三个轴的谐振频率都在2400赫兹左右。 这种设计特别适合高精度的惯性测量。文章发表在IEEE Access上，题目就叫“Design and Simulation of a Compact Three-Axis Capacitive Accelerometer With Multiple Differential Proof Masses”。 总的来说，这个三轴电容式MEMS加速度计在高灵敏度、低噪声和高精度上都很给力。靠着这些优势，以后肯定能在惯性导航和结构健康监测这些地方大显身手。