新型AlScN压电MEMS加速度计专为高精度振动监测而设。因为钪掺杂氮化铝材料尺寸小、能与CMOS兼容，还耐高温，所以在分布式监测系统里用得着。但它如果工作在弯曲模式下，很容易被旁边其他轴干扰，这就影响了测量的准头。麦姆斯咨询说过，上海微系统与信息技术研究所最近研究得挺细。 他们先把横向灵敏度怎么来的给定义清楚了，然后找到了应力让性能变差的原因和怎么治它的法子。算出来之后发现，是残余应力让表面变得不对称才产生的这个问题。为了压住这个局面，研究人员设计了一种穿孔膜岛结构，专门用来释放多余的应力。接着他们又发现，是膜岛里的空腔让表面翘得太厉害，所以又改了改结构来抑制翘曲。 最后弄出来的那个带穿孔膜岛的加速度计没丢性能，横向灵敏度反倒降了55%。现在这个灵敏度是1.2%，电荷灵敏度0.60 pC/g，最高频率能到6000 Hz，能承受的振动幅度也有±500 g。用三轴振动系统试了下，跟市面上卖的比起来，抗交叉轴干扰的本事更强了。这对那种范围宽、频率高的振动信号实时监测特别有用。这篇文章就叫“Low transverse-sensitivity AlScN piezoelectric MEMS accelerometers with perforated diaphragm-island for high-precision vibration monitoring”，发在Measurement上了。 在这个活儿里，他们把三种结构都研究了：膜岛、穿孔膜岛和梁岛。重点就是在那个振动膜的地方打几个洞，好让局部变形和应力集中起来，把整体的应力降下来。另外他们也发现封装弄出来的空腔效应对传统膜岛来说特别麻烦。梁岛虽然结实点但会让电荷灵敏度掉得厉害。 相比之下这次用的穿孔膜岛既没伤了高主轴灵敏度又把横向灵敏度降下来了。这个MEMS加速度计是用标准微加工工艺做出来的。把芯片粘在PCB板子上封好包起来，然后用金线连起来接信号。信号用同轴电缆传出去就行。 做器件的时候最麻烦的就是顶部铝层和硅衬底热膨胀系数不一样导致有残余应力，表面就翘起来了。为了看清楚这个情况他们用COMSOL Multiphysics加了个预应力去分析弯曲。后来在80度下做热分析发现弯曲主要是芯片、板子和外壳之间热膨胀系数对不上号。 为了不让空腔再惹事儿他们在粘壳的地方弄了个沟槽试试效果。结果发现改封装确实能压住翘曲。不过那个沟槽方案只能当验证用不行实际用因为太损机械强度和气密性了。 所以这次研究是想用那个穿孔结构从根本上解决问题。最后这个加速度计表现不错：横向灵敏度1.2%、电荷灵敏度0.60 pC/g、上限频率6000 Hz、量程±500 g。 为了看真实效果他们搭了个三轴系统测试了一下发现横向灵敏度确实是个关键指标：越小抗干扰越好就越准。 总的来说就是通过建模、仿真和实验把那个因为应力导致的灵敏度变差给整明白了。搞清楚了主要是因为表面翘曲还有残余应力和空腔效应在捣乱。用了那个穿孔结构以后翘曲程度降了86%，灵敏度也小了55%。 最后做出来的这个东西性能挺高的抗干扰能力强可以给敏感轴测准数了在工业、汽车或者航空航天这种地方对于测那种大g值宽带的振动信号很有帮助。