微机械陀螺仪是一种重要的惯性仪器,主要用来测量物体的旋转角速度或角加速度。它在消费电子、汽车、国防制导、航空航天等领域具有广泛应用。我国在这个领域的研究滞后于西方发达国家,特别是高性能的微机械陀螺仪核心器件的研究还处于起步阶段。本文提出一种全对称的多环振动结构静电驱动微机械陀螺仪,从理论基础、工作原理、结构设计、性能仿真、加工工艺、器件测试等几个方面进行了研究,主要包括以下内容:(1)静电驱动微机械陀螺仪的理论研究。详细分析了微机械陀螺仪理论基础科里奥利效应,建立质量弹簧阻尼模型;利用机械动力学分析器件性能并得到机械灵敏度表达式;基于微机械陀螺仪静电驱动、电容检测的原理,分析了提高微机械陀螺仪性能的方法并着重就静电调修进行分析。(2)静电驱动微机械陀螺仪的基本结构设计与仿真。通过比较选型,确立多环结构为本陀螺仪的基本设计类型;利用计算机软件对器件进行模态分析,得到驱动模态的谐振频率为21052 Hz,敏感模态的谐振频率为21545 Hz;分析了阻尼对器件性能的影响,利用谐响应分析计算了不同固定阻尼比与器件振幅的关系;分析了外界冲击对器件性能的影响,利用瞬态动力学分析得到器件X轴可以承受最大加速度为8.842×105 g,Z轴可以承受最大加速度为1.9×106 g。(3)静电驱动微机械陀螺仪的MEMS工艺设计与流片实验。设计了基于SOI硅片的工艺并进行流片;优化了湿法刻蚀释放结构的工艺;分析了器件衬底漏电的机理,并利用计算机软件进行仿真计算;设计了基于硅玻璃键合的工艺并进行流片;优化了玻璃凹槽湿法刻蚀工艺设计与圆片键合工艺。(4)静电驱动微机械谐振器件的测试。分析了主要的几种MEMS谐振器件的测试方法;基于矢量网络分析仪、真空腔、跨阻放大器等设备,对器件进行扫频测试,得到驱动轴的谐振频率为23686.25 Hz,敏感轴的谐振频率为23980 Hz;基于静电调修原理,对器件施加2.5 V静电调修电压,两个模态的频率裂解从293.75 Hz下降到6.25 Hz,提高了器件的性能。