1、本論文提出了一種帶有柔性微杠桿的MEMS諧振式電荷傳感器，包括理論分析、仿真優(yōu)化、加工和實驗驗證。傳感器基于DETF(Double-ended Tuning Fork)諧振器，諧振器工作在反向諧振模態(tài)，通過電容進行驅(qū)動和感應(yīng)，在室溫和40 mTorr的真空度下，測得諧振頻率為139 kHz，Q值大于4900。引入柔性微杠桿的目的在于放大輸入力，從而增大電荷傳感器的靈敏度，通過理論和有限元仿真分析，得到柔性微杠桿的放大倍數(shù)大于8。電荷輸入

2、極板與微杠桿的輸入端偶合成電容，當在電荷輸入極板施加電荷時，電容極板間產(chǎn)生靜電力，經(jīng)過微杠桿的放大和變向后壓在DETF的梁上，導致梁剛度的減小，從而引起諧振頻率的下降。電荷的輸入量與諧振頻率的變化量之間呈二次方關(guān)系，靈敏度為1.3×10-3 Hz/fC2，分辨率為21fC。試驗結(jié)果證明，引入的兩柔性微杠桿在沒有引入電路噪聲的情況下，有效地提高了傳感器的靈敏度，同時，本論文還對諧振器的靜電剛度軟化和非線性進行了實驗測試和分析。
　　

3、為了同時實現(xiàn)電荷傳感器的高分辨率和寬動態(tài)范圍，本論文首次提出了采用靜電式驅(qū)動器作為靈敏度調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)計方案，對不同的電荷輸入量，采用不同的靈敏度，既可以把初始靈敏度設(shè)計的很高，實現(xiàn)高分辨率，又可以在高輸入電荷量的情況下，采用低靈敏度，避免因電荷量過高而引起非線性，甚至器件的損壞。通過實驗測試，電荷傳感器的最高靈敏度為1.03×10-2 Hz/fC2，分辨率達到了1fC以下，當在驅(qū)動器上施加40 V的直流電壓時，可調(diào)電容的變化量為9.7f

4、F，傳感器的靈敏度被調(diào)節(jié)了91.6％。
　　本論文共分六章，各章內(nèi)容分述如下：
　　論文第一章介紹了MEMS諧振器的定義、分類和應(yīng)用等概況，詳細推導了靜電式諧振器的力學模型和等效電路模型，同時也介紹了靜電式諧振器的常見類型和性能參數(shù);之后總結(jié)了電荷傳感器的研究現(xiàn)狀，以及MEMS諧振式電荷傳感器的優(yōu)勢和研究意義;最后系統(tǒng)地總結(jié)了本論文的工作。
　　論文的第二章提出了器件的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，對器件進行了詳細的理論分析，包括微杠

5、桿的放大倍數(shù)、諧振器的計算分析和傳感器的響應(yīng)等。之后通過有限元方法對器件的關(guān)鍵參數(shù)進行了仿真優(yōu)化，確定了器件的具體參數(shù)。
　　論文的第三章介紹了器件的微加工過程，本論文中的器件都是基于SOI(Silicon-onInsulator)工藝，采用了兩種不同的方法釋放可動結(jié)構(gòu)，即背部釋放和前部釋放。
　　論文的第四章介紹了器件的測試方法，搭建了器件測試所需要的真空環(huán)境，并對器件進行了全面的測試，包括諧振器的性能，諧振器的靜電剛度軟