11、可自修复 MEMS 梳状加速度计的设计与性能分析

可自修复 MEMS 梳状加速度计的设计与性能分析

1. 引言

微机电系统（MEMS）作为新兴学科，近年来取得了显著进展。随着 MEMS 设备应用日益广泛，容错设计变得至关重要，主要原因有以下三点：
- 安全关键领域应用 ：MEMS 在航空航天、汽车和医疗等安全关键领域的应用不断增加，其可靠性成为重要问题。许多 MEMS 设备有可移动部件，反复运动可能导致结构材料疲劳，即使初始测试无故障，使用一段时间后仍可能失效。
- 多领域制造易产生缺陷 ：MEMS 设计和制造涉及多个领域，与成熟的超大规模集成电路（VLSI）技术相比，更容易受到多种缺陷源的影响。
- 与 SoC 集成需求 ：MEMS 越来越倾向于通过标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成到片上系统（SoC）设计中。传统 CMOS 电路已有容错设计技术，但 MEMS 设备的容错设计尚未得到充分研究。若 MEMS 出现小缺陷就丢弃整个 SoC 芯片，会造成经济损失。

此前通过物理或化学工艺调整设备几何参数的“硬修复”方法成本高、不适用于批量制造，且可修复的缺陷有限。因此，本文提出一种基于模块化冗余的可自修复 MEMS 梳状加速度计。

2. 非 BISR MEMS 梳状加速度计

典型的表面微加工梳状加速度计结构中，中央可移动质量块通过四个柔性梁与四个锚点相连。可移动指从中央质量块两侧伸出，与中央质量块一起移动。每个可移动指左右两侧各有一对固定指，分别构成差分电容对 (c_1) 和 (c_2)。

在静态状态下，可移动指位于左右固定指中间，电容间隙均为 (d