MEMS压阻式加速度计是许多惯性测量应用中的核心器件,长期处于MEMS领域的研究热点位置,然而,现阶段还普遍存在着灵敏度与固有频率相互制约的难题,以及过载较低和温度稳定性较差的弱点,限制了其在高端领域的应用。针对这些问题与挑战,本文提出了一种带有支撑梁和敏感微梁的压阻式加速度传感器芯片,通过在力敏结构中引入具有超常机械特性和优良压阻特性的敏感微梁,使加速度计的设计更加灵活,达到均衡提高固有频率和灵敏度的目的,且具有高过载的优点。本文从压阻式加速度计检测机理出发,建立了质量块的运动方程,探讨了自由振动以及简谐载荷作用下受迫振动过程中质量块的响应情况,阐明了所提出的超薄微梁加速度传感器芯片的结构组成与设计原理。在此基础上,以1g量程传感器芯片为例,给出了兼顾灵敏度与固有频率这两个技术指标的优化设计方法,基于SOI材料设计了单晶硅应变电阻,确定了敏感结构的尺寸参数;研究了提高传感器芯片过载的结构设计,并对芯片的输出特性、固有频率以及交叉灵敏度进行了分析与讨论。仿真结果表明,该芯片可承受63g的过载冲击,在1m A恒流源供电条件下,其满量程输出约为36m V,非线性度为0.07%FS,固有频率约1222.52Hz,达到普通“悬臂梁-质量块”结构的9.5倍以上,且X轴和Y轴的交叉耦合系数均可控制在1%以内。对所设计的超薄微梁加速度敏感结构的工艺流程和版图,选用SOI晶圆作为衬底材料对结构芯片进行了两次流片试制,完成了敏感结构制作中深硅刻蚀和硅-硅直接键合等关键技术的研究,获得了详细的工艺条件和参数。第一批样品在刻蚀应变电阻绝缘凹槽前的光刻甩胶过程中,由于高速旋转产生的离心加速度过大,导致结构中支撑梁上的应力超过断裂强度,引起结构的损坏。在第二次流片中,对工艺流程作出了调整,将支撑梁的释放更改至最后的光刻工艺,使得之前遇到的问题得以解决。不过,在蚀刻出应变电阻四周凹槽后,由于硅薄膜电阻与周围结构已经失去连接,且下方的Si O2结构层应力较大,导致其发生了翘曲和脱落。两次投片中,虽然试制过程遇到了一些工艺问题,但是经过分析都能够得到解决,验证了超薄微梁加速度敏感结构工艺方案的合理性和可行性。针对第二次流片遇到的薄膜电阻翘曲和脱落问题,制定了一种改进的工艺方法,即利用氧离子注入-退火的方式在电阻周围形成二氧化硅层,以此来实现电阻间的绝缘,这样就避免了刻掉应变电阻四周的单晶硅来形成隔离沟槽。微米或亚微米级硅薄膜的力学特性相比体硅材料有明显优势,特别是其抗张强度会发生较大变化。本文结合硅材料抗张强度尺度效应的实验数据,总结了单晶硅薄膜抗张强度与厚度之间的定量关系,归纳出其抗张强度随厚度的减小成指数规律增加,这为研究超薄微梁加速度传感器芯片的过载特性提供了有效途径。然而,所归纳的抗张强度与厚度之间的关系式所依据的数据所对应的测试样品的工艺情况,与超薄微梁加速度敏感结构的制作工艺存在差异,为此,本文采用与超薄敏感微梁相同的工艺方法,即利用SOI材料以及硅-硅直接键合工艺,设计并制作了单晶硅薄膜压力敏感结构进行实验验证。通过对过载测试实验结果的分析,得到2μm厚单晶硅膜片断裂时的最大应力达到5.47GPa左右,充分发挥了硅薄膜高抗张强度的优势,与归纳的关系式取得了较好的一致性,证明了基于硅薄膜抗张强度的尺度效应提升超薄微梁加速度传感器芯片过载的可行性和有效性,同时也说明本文总结的硅薄膜抗张强度与厚度之间的变化规律,具有指导高过载传感器芯片设计的适用性。