一種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，包括：鍵合基板、支撐框體、約瑟夫遜器件、彈性梁、質(zhì)量塊和壓敏電阻。本實(shí)用新型的有益效果在于將約瑟夫遜器件與硅壓阻集成,可將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償嚴(yán)格一致的電流臺(tái)階信號(hào)，結(jié)構(gòu)合理，靈敏度高,數(shù)字化輸出,檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，使用方便、可靠性好、適合微型化?？捎行Ы鉀Q高過(guò)載型傳感器存在的低靈敏度、低有效分辨率、高檢測(cè)閾值下限等難題。
【專利說(shuō)明】—種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微慣性導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式微機(jī)械加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，其具備成本低、體積小、易批量化生產(chǎn)和可集成性好等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在民用及軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于關(guān)鍵性能指標(biāo)的限制，微機(jī)械傳感器在軍事、航天、航空等尖端領(lǐng)域還沒(méi)有得到充分的應(yīng)用。其中，靈敏度及量程是微機(jī)械傳感器有待提高的關(guān)鍵指標(biāo)，利用主流原理制造的傳感器，其靈敏度的提高均依賴于結(jié)構(gòu)剛度的減小，高靈敏度伴隨著小量程、低過(guò)載。
[0003]硅壓阻效應(yīng)加速度傳感器的基本原理是懸臂梁自由端的質(zhì)量塊受加速度作用時(shí)懸臂梁受到到彎矩作用產(chǎn)生應(yīng)力，使電阻阻值發(fā)生變化，要提高量程勢(shì)必要提高梁的剛度，相應(yīng)的會(huì)降低其分辨率。當(dāng)高過(guò)載傳感器低輸入時(shí)產(chǎn)生的電阻變化很小，對(duì)應(yīng)橋路輸出約為50_200nV/g，基本上被電路噪聲所淹沒(méi)。也就是說(shuō)，硅壓阻效應(yīng)加速度傳感器高過(guò)載與高靈敏存在矛盾:要實(shí)現(xiàn)高過(guò)載就必須要放棄對(duì)低g值得檢測(cè)。
[0004]我們?cè)岢鰧⒓s瑟夫遜效應(yīng)應(yīng)用于壓阻效應(yīng)檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)微弱應(yīng)力的高精度檢測(cè)(實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)?CN201210058424.4)，通過(guò)約瑟夫遜器件將壓阻電橋輸出的微弱直流能量信號(hào)轉(zhuǎn)變成交流能量信號(hào)，通過(guò)對(duì)交流能量信號(hào)的頻率檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流信號(hào)的精確檢測(cè)，其分辨率較傳統(tǒng)方式檢測(cè)可提高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。針對(duì)加速度計(jì)的應(yīng)用需求，我們期望加速度計(jì)具有工藝簡(jiǎn)單，信噪比高，檢測(cè)方便的特性。研究發(fā)現(xiàn)由超導(dǎo)材料鈮，即Nb，作為超導(dǎo)層組成的S-1-S型約瑟夫遜結(jié)具有更好的易用性及工藝可行性，可用磁控濺射蒸發(fā)系統(tǒng)來(lái)制備，相對(duì)分子束外延技術(shù)更具低成本優(yōu)勢(shì)?！耙弧弊中渭s瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)“十”字形結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)微波輻射要求低，工藝更加易行，更適合作為MEMS加速度計(jì)的敏感結(jié)構(gòu)，同時(shí)，約瑟夫遜結(jié)的電流臺(tái)階效應(yīng)的數(shù)字式臺(tái)階計(jì)數(shù)檢測(cè)相對(duì)于相對(duì)交流約瑟夫遜效應(yīng)的交流頻率檢測(cè)檢測(cè)成本更低，更容實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型需要提供微機(jī)械加速度計(jì)，該微機(jī)械加速度計(jì)為基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式微機(jī)械加速度計(jì)，至少可以提高微機(jī)械加速度計(jì)的檢測(cè)精度，尤其是高過(guò)載下的檢測(cè)精度。
[0007]本實(shí)用新型提供了一種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式微機(jī)械加速度計(jì)，包括:鍵合基板，支撐框體，支撐框體設(shè)在鍵合基板上方并與鍵合基板相連接；彈性梁，彈性梁用于支撐加速度計(jì)的質(zhì)量塊，兩端分別連接支撐框體和質(zhì)量塊，彈性梁上表面與支撐框體和質(zhì)量塊上表面平行，且其厚度小于質(zhì)量塊厚度；質(zhì)量塊，質(zhì)量塊通過(guò)彈性梁固定在支撐框體中間，且厚度小于支撐框體厚度；多組壓敏電阻，每組壓敏電阻包括四個(gè)壓敏電阻，其中兩個(gè)壓敏電阻設(shè)在彈性梁根部，另兩個(gè)壓敏電阻設(shè)在支撐框體上，且位于支撐框體與彈性梁相連接的鄰近區(qū)域；和多組約瑟夫遜器件，每組約瑟夫遜器件位于支撐框體上表面，且與支撐框體上表面布置的兩個(gè)壓敏電阻鄰近，與各彈性梁位置對(duì)應(yīng)。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式微機(jī)械加速度計(jì)，將約瑟夫遜器件與硅壓阻集成，利用約瑟夫遜效應(yīng)的伏安突變特性來(lái)測(cè)量硅壓阻引起的電壓變化，將輸入加速度轉(zhuǎn)化為電流的臺(tái)階式變化，通過(guò)電流臺(tái)階計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)加速度的數(shù)字式精確檢測(cè)，結(jié)構(gòu)合理，靈敏度高，數(shù)字化輸出，檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，使用方便、可靠性好、適合微型化?？捎行Ы鉀Q高過(guò)載型傳感器存在的低靈敏度、低有效分辨率、高檢測(cè)閾值下限等難題。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的約瑟夫遜器件由硅襯底、二氧化硅、超導(dǎo)金屬層、約瑟夫遜結(jié)、超導(dǎo)金屬層、電壓輸入正極、電壓輸入負(fù)極組成；在硅襯底上制作有二氧化硅層，二氧化硅層上淀積有超導(dǎo)金屬層，超導(dǎo)金屬層上制作有約瑟夫遜結(jié)，約瑟夫遜結(jié)上淀積有超導(dǎo)金屬層，超導(dǎo)金屬層連接有電壓輸入正極，超導(dǎo)金屬層連接有電壓輸入負(fù)極。
[0010]所述的約瑟夫遜器件的結(jié)構(gòu)材料層由硅襯底層、二氧化硅層、鈮層、氧化鉛層、鈮層組成；在硅襯底層上制作有二氧化硅層，即SiO2層，在二氧化硅層上制作有鈮層，即Nb層，在鈮層上制作有氧化鋁層、即Al2O3層，在氧化鋁層上制作有鈮層、即Nb層。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的約瑟夫遜器件采用“一”字形S-1-S結(jié)構(gòu)，即超導(dǎo)金屬一絕緣層一超導(dǎo)金屬。相對(duì)于“十”字形S-1-N-S結(jié)構(gòu)工藝更加簡(jiǎn)便，更適合應(yīng)用于微機(jī)械加速度計(jì)。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的質(zhì)量塊為“十”字形，質(zhì)量塊短邊為長(zhǎng)邊的1/6，可有效降低微機(jī)械加速度計(jì)高階模態(tài)的影響。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的四個(gè)壓敏電阻摻雜濃度相同，結(jié)構(gòu)尺寸相同，但布置方向不同，相鄰的兩個(gè)布置方向相差90°，即阻值大小互為相反數(shù)，相對(duì)的兩個(gè)布置方向一致，即阻值大小相同。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的四個(gè)壓敏電阻連接成惠斯通電橋電路，其橋路輸出端連接于約瑟夫遜器件的電壓輸入正極、電壓輸入負(fù)極，其中電流流經(jīng)電流臺(tái)階檢測(cè)裝置。所述電流臺(tái)階檢測(cè)裝置為用于檢測(cè)加速度計(jì)輸出信號(hào)的裝置，通過(guò)判斷電流上升沿角度實(shí)現(xiàn)臺(tái)階計(jì)數(shù)，無(wú)需獲得精確電流值，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字式檢測(cè)。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的壓敏電阻和約瑟夫遜器件分別有四組，位置分別與四個(gè)彈性梁相對(duì)。應(yīng)用時(shí)選用其中一組或所有，以提高加速度計(jì)的成品率或可靠性。
[0016]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的圖2的A-A剖面圖
[0021]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的質(zhì)量塊俯視圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的約瑟夫遜器件立體結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的約瑟夫遜器件側(cè)視圖；
[0024]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的約瑟夫遜器件結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例的約瑟夫遜器檢測(cè)原理圖；
[0026]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例的檢測(cè)原理示意圖；
[0027]圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下:
[0028]1、鍵合基板，2、支撐框體，3、質(zhì)量塊，4、彈性梁，5、約瑟夫遜器件，6-9、壓敏電阻，10、桂襯底，11、二氧化桂，12、超導(dǎo)金屬層，13、約瑟夫遜結(jié)，14、超導(dǎo)金屬層，15、電壓輸入正極，16、電壓輸入負(fù)極，17、硅襯底層，18、二氧化硅層，19、鈮層，20、氧化鉛層，21、鈮層，22-23、質(zhì)量塊短邊，24、質(zhì)量塊長(zhǎng)邊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0030]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0031]在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0032]約瑟夫遜效應(yīng)是庫(kù)伯電子對(duì)通過(guò)兩塊超導(dǎo)金屬間的薄絕緣層時(shí)發(fā)生的量子力學(xué)隧道效應(yīng)。當(dāng)直流電流通過(guò)超導(dǎo)隧道結(jié)時(shí)，只要電流值低于某一臨界電流I。，則與一塊超導(dǎo)體相似，隧道結(jié)上不存在任何電壓，即流過(guò)隧道結(jié)的是超導(dǎo)電流。如果超過(guò)臨界電流值I。，隧道結(jié)上即出現(xiàn)一個(gè)有限的電壓，隧道結(jié)的性狀過(guò)渡到正常電子的隧道特性。用外加微波信號(hào)激勵(lì)約瑟夫遜結(jié)，令ω￡=ηο^時(shí)，約瑟夫遜電流中將包含一些直流分量，這時(shí)在約瑟夫遜結(jié)的ι-v特性曲線上，有一系列的恒壓電流臺(tái)階出現(xiàn)，臺(tái)階間隔為
，約瑟夫遜頻率一電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系為
[0033]Vs = ^
[0034]式中——為微波激勵(lì)信號(hào)的角頻率；h= /2 π (為普朗克常量)。此式為約瑟夫遜頻率一電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系式。這個(gè)關(guān)系式是普遍適用的，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)頻率一定是，其1-V關(guān)系中電流臺(tái)階的步長(zhǎng)嚴(yán)格一致。因此，只要得到臺(tái)階個(gè)數(shù)η就能精確得到電壓值。將約瑟夫遜效應(yīng)和硅壓阻式加速度檢測(cè)方式相結(jié)合，并應(yīng)用于微機(jī)械加速度計(jì)的檢測(cè)方面，可實(shí)現(xiàn)加速度的數(shù)字式檢測(cè)，降低信號(hào)檢測(cè)難度，提高微機(jī)械加速度計(jì)的檢測(cè)精度。
[0035]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0036]如圖1-2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的基于約瑟夫遜效應(yīng)微機(jī)械加速度計(jì)，包括:鍵合基板I;支撐框體2，支撐框體2設(shè)在鍵合基板I上方并與鍵合基板I相連接；約瑟夫遜器件5，約瑟夫遜器件5位于支撐框體2上表面，與支撐框體2上表面布置的壓敏電阻6，9鄰近，且與各彈性梁4位置對(duì)應(yīng)；彈性梁4用于支撐加速度計(jì)的質(zhì)量塊3，兩端分別連接支撐框體2和質(zhì)量塊3，彈性梁4上表面與支撐框體2和質(zhì)量塊3上表面向平行，且彈性梁4的厚度小于質(zhì)量塊3的厚度；質(zhì)量塊3通過(guò)彈性梁固定在支撐框體中間，且質(zhì)量塊3厚度小于支撐框體2厚度；和壓敏電阻6，7，8，9，其中壓敏電阻8，9設(shè)在彈性梁4根部，壓敏電阻6，7設(shè)在支撐框體(2)上，且位于支撐框體(2)與彈性梁(4)相連接的鄰近區(qū)域。
[0037]需要注意的是，所述的壓敏電阻6，7，8，9摻雜濃度相同，結(jié)構(gòu)尺寸相同，但布置方向不同，相鄰的兩個(gè)布置方向相差90°，即阻值大小互為相反數(shù)，相對(duì)的兩個(gè)布置方向一致，即阻值大小相同。其中，壓敏電阻8，9處于彈性梁4的根部區(qū)域，即彈性梁4產(chǎn)生應(yīng)變的最明顯區(qū)域，壓敏電阻6，7、約瑟夫遜器件5制作于支撐框體2上，要求壓敏電阻6，7、約瑟夫遜器件5不能受外界應(yīng)變的影響。
[0038]壓敏電阻6，7，8，9和約瑟夫遜器件5分別有四組，位置分別與四個(gè)彈性梁4相對(duì)。應(yīng)用時(shí)選用其中一組或所有，以提高加速度計(jì)的成品率或可靠性。
[0039]如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，彈性梁4的厚度小于質(zhì)量塊3厚度，質(zhì)量塊3的厚度小于支撐框體2的厚度，以保證彈性梁為慣性力最為敏感的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在慣性力的作用下能沿Z軸上下移動(dòng)。
[0040]具體而言，當(dāng)基于約瑟夫遜效應(yīng)微機(jī)械加速度計(jì)在有微弱加速度輸入時(shí)，彈性梁4感知慣性力的大小并相應(yīng)發(fā)生形變，彈性梁4根部制作的壓敏電阻6，7，8，9將力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電學(xué)信號(hào)。
[0041 ] 如圖4所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，質(zhì)量塊2為“十”字形，質(zhì)量塊短邊22，23為長(zhǎng)邊24的1/6，以降低微機(jī)械加速度計(jì)高階模態(tài)的影響。
[0042]如圖5-6所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，約瑟夫遜器件5采用“一”字形S-1-S結(jié)構(gòu)，即超導(dǎo)金屬一絕緣層一超導(dǎo)金屬，約瑟夫遜器件5由硅襯底10、二氧化硅11、超導(dǎo)金屬層12、約瑟夫遜結(jié)13、超導(dǎo)金屬層14、電壓輸入正極15、電壓輸入負(fù)極16組成；在硅襯底10上制作有二氧化硅層11，二氧化硅層11上淀積有超導(dǎo)金屬層12，超導(dǎo)金屬層12上制作有約瑟夫遜結(jié)13，約瑟夫遜結(jié)13上淀積有超導(dǎo)金屬層14，超導(dǎo)金屬層12連接有電壓輸入正極15，超導(dǎo)金屬層14連接接有電壓輸入負(fù)極16。
[0043]如圖7所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，約瑟夫遜器件5的結(jié)構(gòu)材料層由硅襯底層17、二氧化硅層18、鈮層19、氧化鉛層20、鈮層21組成；在硅襯底層17上制作有二氧化硅層18，即SiO2層，在二氧化硅層18上制作有鈮層19，即Nb層，在鈮層19上制作有氧化鋁層20、即Al2O3層，在氧化鋁層20上制作有鈮層21、即Nb層。需要說(shuō)明的是，在二氧化硅層18和氧化鋁層20可以采用熱氧化的方式實(shí)現(xiàn)以降低工藝難度，亦可有效防止勢(shì)壘層不連續(xù)造成的弱連接，氧化層的厚度約為10-100Α不等。鈮層19和鈮層21可用磁控濺射蒸發(fā)系統(tǒng)來(lái)制備，相對(duì)分子束外延技術(shù)更具低成本優(yōu)勢(shì)，沉積環(huán)境為高真空，蒸發(fā)方向垂直向下，在沉積過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制成膜的質(zhì)量、厚度，以避免成膜的質(zhì)量和厚度影響微機(jī)械加速度計(jì)的檢測(cè)精度和靈敏度。
[0044]如圖8所示根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述約瑟夫遜器件5在一定頻率微波輻照下可將電壓變化轉(zhuǎn)換為步長(zhǎng)嚴(yán)格一致的電流變化，且其步長(zhǎng)只與輻照頻率有關(guān)。
[0045]如圖9所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其檢測(cè)原理為彈性梁4上的壓敏電阻6，7，8，9組成惠斯通電橋，將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓變化，電壓信號(hào)加載到約瑟夫遜器件5的電壓輸入正極15和電壓輸入負(fù)極16，由約瑟夫遜器件5將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為臺(tái)階式變化的電流信號(hào)，通過(guò)電流臺(tái)階的計(jì)數(shù)即可得到輸入加速度的大小。
[0046]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“ 一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0047]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特性在于，包括: 鍵合基板⑴； 支撐框體(2)，支撐框體(2)設(shè)在鍵合基板(I)上方并與鍵合基板(I)相連接； 彈性梁(4)，彈性梁(4)用于支撐加速度計(jì)的質(zhì)量塊(3)，兩端分別連接支撐框體(2)和質(zhì)量塊(3)，彈性梁(4)上表面與支撐框體(2)和質(zhì)量塊(3)上表面平行，且其厚度小于質(zhì)量塊⑶厚度； 質(zhì)量塊(3)，質(zhì)量塊(3)通過(guò)彈性梁(4)固定在支撐框體(2)中間，且厚度小于支撐框體⑵厚度； 多組壓敏電阻，每組壓敏電阻包括四個(gè)壓敏電阻(6，7，8，9)，其中兩個(gè)壓敏電阻(8，9)設(shè)在彈性梁(4)根部，另兩個(gè)壓敏電阻(6，7)設(shè)在支撐框體(2)上，且位于支撐框體(2)與彈性梁(4)相連接的鄰近區(qū)域； 和多組約瑟夫遜器件(5)，每組約瑟夫遜器件(5)位于支撐框體(2)上表面，且與支撐框體(2)上表面布置的兩個(gè)壓敏電阻(6，7)鄰近，與各彈性梁(4)位置對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述的約瑟夫遜器件(5)由硅襯底(10)、二氧化硅(11)、超導(dǎo)金屬層(12)、約瑟夫遜結(jié)(13)、超導(dǎo)金屬層(14)、電壓輸入正極(15)、電壓輸入負(fù)極(16)組成；在桂襯底(10)上制作有二氧化硅層(11)，二氧化硅層(11)上淀積有超導(dǎo)金屬層(12)，超導(dǎo)金屬層(12)上制作有約瑟夫遜結(jié)(13)，約瑟夫遜結(jié)(13)上淀積有超導(dǎo)金屬層(14)，超導(dǎo)金屬層(12)連接接有電壓輸入正極(15)，超導(dǎo)金屬層(14)連接有電壓輸入負(fù)極(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述的約瑟夫遜器件(5)的結(jié)構(gòu)材料層由硅襯底層(17)、二氧化硅層(18)、鈮層(19)、氧化鉛層(20)、鈮層(21)組成；在硅襯底層(17)上制作有二氧化硅層(18)，即3102層，在二氧化硅層(18)上制作有鈮層(19)，即Nb層，在鈮(19)層上制作有氧化鋁層(20)、即Al2O3層，在氧化鋁層(20 )上制作有鈮層(21)、即Nb層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述的約瑟夫遜器件(5)采用“一”字形S-1-S結(jié)構(gòu)，即超導(dǎo)金屬一絕緣層一超導(dǎo)金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述的質(zhì)量塊(2)為“十”字形，質(zhì)量塊短邊(22，23)為長(zhǎng)邊(24)的1/6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述的四個(gè)壓敏電阻(6，7，8，9)摻雜濃度相同，結(jié)構(gòu)尺寸相同，但布置方向不同，相鄰的兩個(gè)布置方向相差90°，即阻值大小互為相反數(shù)，相對(duì)的兩個(gè)布置方向一致，即阻值大小相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述四個(gè)壓敏電阻(6，7，8，9)連接成惠斯通電橋電路，其橋路輸出端連接于約瑟夫遜器件的電壓輸入正極(15)、電壓輸入負(fù)極(16)，其中電流流經(jīng)電流臺(tái)階檢測(cè)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于約瑟夫遜效應(yīng)檢測(cè)的硅壓阻式加速度計(jì)，其特征在于，所述四個(gè)壓敏電阻(6，7，8，9)和約瑟夫遜器件(5)分別有四組，其中每組約瑟夫器件的位置分別與所述四個(gè)彈性梁(4)相對(duì)。
【文檔編號(hào)】G01P15/12GK203606384SQ201320699591
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】李孟委, 王莉, 朱京, 杜康, 白曉曉, 王琪, 劉俊 申請(qǐng)人:中北大學(xué)