喻 磊，陈慧斌，周 铭，凤 瑞，王 帆

(华东光电集成器件研究所，安徽蚌埠 233000)

0 引言

硅MEMS(微机械电子系统)陀螺由于其小体积、低功耗和低成本等优点广泛用于自动驾驶、消费电子和航空航天等领域。从目前公开报导的文献来看，实现高品质因子下的模态匹配是架设MEMS陀螺的高性能桥梁。MEMS多环陀螺在材料和结构上设计为中心轴对称[1]，驱动和敏感模态是谐振频率相匹配的两退化模态，具有能量传输效率高和对外界振动干扰不敏感等先天优势[2]。因此，MEMS多环陀螺近年来成为高性能MEMS陀螺的研究热点。

中心轴对称结构体现在对模态匹配的追求，但事实上模态失配不可避免，主要来源于工艺加工误差和材料误差(硅晶圆晶向偏差等)，驱动模态与敏感模态之间会产生频差Δf，结构误差可由η=Δf/f0来表征，f0为陀螺谐振频率。频差会降低模态间能量传输效率和有效Q值，显著影响陀螺的性能，因此频差是多环陀螺的关键参数之一，高对称性是中心轴对称敏感结构设计与工艺加工中的重点考虑因素。

频率失配需要最小化，为此研究者们提出了许多方法，最常用的方法是采用静电调频[3]，该方法简单有效，广泛应用于MEMS陀螺中，然而当频差过大时需要很大的调频电压，难以精确控制电压幅值。因此，相对于传统的圆环形结构，需要一种对MEMS工艺加工误差敏感度更低的结构设计，来提升加工后的结构对称性。苏州大学提出了一种蛛网式的多边形多环陀螺结构设计，并且在加工后与圆环式结构进行了对比，测试结果发现，多边形结构的平均频差要优于圆环形结构7倍左右，指出直线形几何结构比曲线形几何结构对加工误差具有更高的容忍度[4]。……