CN113008220A - 一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪及其制备方法与应用。所述盘型陀螺仪包括具有空腔的支承结构、悬空设置于空腔上的谐振盘和连接谐振盘与支承结构的多个弹性连接件。其中，谐振盘上对称分布有至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，驱动电极和敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和第二电极，且所述谐振盘上还分布有第一磁性层，或者，驱动电极和敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和导电的第一磁性层。该盘型陀螺仪通过逆压电效应驱动，压电效应检测，并通过磁致伸缩效应和磁电耦合效应调谐频率，避免了微电容的使用，减小了加工难度，提高了进一步减小器件尺寸的可能性以及器件灵敏度。

Description

一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)技术领域，涉及一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪及其制备方法与应用。

背景技术

微机电系统是在微米甚至是纳米尺寸下进行设计，并采用光刻、腐蚀、薄膜生长、LIGA(LIGA是德文Lithographie、Galanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写)、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作，将机械结构、驱动系统、光学系统以及控制系统集成为一个独立的整体，进而生产出各种性能优异、成本低廉的高科技电子机械器件。

陀螺仪是一种物体旋转角速度或角加速度检测的传感器，广泛应用于消费电子、军事工业与航空航天等领域。近年来，随着5G技术的到来，电子设备中传感器的种类与数量大幅增加，对器件的小型化集成化要求越来越高。

目前，MEMS陀螺仪一般采用电容驱动，为了保证良好的信号响应，在结构上需要设计几个微米甚至亚微米级别的电容间隙，这对工艺设计与工艺精度方面提出了较高的要求，同时，器件尺寸难以做小。

业界也有部分尝试采用压电驱动的方式，但其模态简并调谐的方案尚未成熟，导致MEMS陀螺仪机械灵敏度和检测灵敏度都不高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪及其制备方法与应用，能够避免微电容的使用，同时，通过运用磁致伸缩效应和磁电耦合效应调谐谐振频率的技术方案，使驱动模态和敏感模态的频率趋于一致，提高了陀螺仪的灵敏度，克服了现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪，包括具有空腔的支承结构、悬空设置于所述空腔上的谐振盘和分布于谐振盘周围的多个弹性连接件，所述谐振盘通过多个弹性连接件与支承结构连接；所述谐振盘上对称分布有至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，其中一组驱动电极包括相对设置的两个驱动电极，其中一组敏感电极包括相对设置的两个敏感电极，并且一个驱动电极与一个敏感电极之间形成大于0而小于180°的夹角；其中，每一驱动电极和每一敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和第二电极，且所述谐振盘上还分布有第一磁性层，所述至少一对驱动电极和至少一对敏感电极环绕第一磁性层设置，或者，每一驱动电极和每一敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和导电的第一磁性层。

进一步地，所述第一磁性层为具有磁致伸缩效应的磁性调谐层；或者，所述导电的第一磁性层和压电层配合形成磁电耦合异质结。

进一步地，所述谐振盘上还分布有第二磁性层，且所述至少一对驱动电极和至少一对敏感电极环绕第二磁性层设置，所述第一磁性层和压电层配合形成磁电耦合异质结，而所述第二磁性层为具有磁致伸缩效应的磁性调谐层。

进一步地，所述支承结构包括第一衬底，所述空腔形成在所述第一衬底内，并且所述第一衬底、谐振盘和弹性连接件一体设置。

进一步地，所述支承结构还包括与所述第一衬底配合的第二衬底，所述空腔形成在所述第一衬底与第二衬底之间，所述谐振盘和弹性连接件一体形成在第一衬底上，并且所述驱动电极和敏感电极分布在所述第一衬底朝向所述空腔的一侧表面上。

进一步地，所述第一衬底包括SOI衬底，所述第二衬底包括玻璃衬底。

进一步地，所述第一电极、第二电极包括金属电极。

进一步地，所述压电层的材质包括AlN、ZnO、PZT或AlScN，且不限于此。

进一步地，所述第一磁性层的材质包括FeGa、FeGaB、CoFeB、CoFe、Ni、NiFe或Terfenol-D，且不限于此。

进一步地，所述盘型陀螺仪整体呈现为中心对称结构。

进一步地，所述一组驱动电极和相配合的一组敏感电极之间成90°夹角。

进一步地，所述多个弹性连接件为沿谐振盘外周均匀分布的多个微弹簧。

进一步地，本发明实施例提供了上述压电式磁性调谐盘型陀螺仪的一种制备方法，其包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和第二电极，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，以及，在衬底的第一表面形成第一磁性层，

或者，在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底上加工形成与谐振盘和弹性连接件相应的图形；

在第一衬底的第二表面加工形成空腔结构，并释放出所述谐振盘和弹性连接件，所述第一表面与第二表面相背对。

进一步地，本发明实施例还提供了所述压电式磁性调谐盘型陀螺仪的另一种制备方法，其特征在于包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底的第一表面形成第二磁性；

在第一衬底上加工形成与谐振盘和弹性连接件相应的图形；

在第一衬底第二表面加工形成空腔结构，并释放出所述谐振盘和弹性连接件，所述第一表面与第二表面相背对。

进一步地，本发明实施例还提供了所述压电式磁性调谐盘型陀螺仪的又一种制备方法，其包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和第二电极，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，以及，在第一衬底的第一表面形成第一磁性层，

或者，在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底上加工形成与谐振盘、弹性连接件和电极出口相应的图形；

在第二衬底上加工形成空腔结构；

将第一衬底与第一衬底键合，使第一衬底的第一表面与所述空腔结构相对设置，并释放出所述谐振盘和弹性连接件。

进一步地，本发明还提供了上述压电式磁性调谐盘型陀螺仪的使用方法，其包括：

向一对驱动电极施加电压，使谐振盘振动，同时通过与该一对驱动电极成90°夹角的一对敏感电极检测所述陀螺仪的信号；

以及，至少向第一磁性层所在位置施加可变磁场，并调节可变磁场的大小和方向，使磁致伸缩效应与磁电耦合效应协同作用，共同调节谐振盘的谐振频率。

较之现有技术，本发明至少具有如下有益效果：

(1)通过采用压电驱动、磁性调谐的技术方案，不需要使用微电容，避免了因加工精度引起的微小的电容间隙不均匀而最终导致的频率分裂，同时也简化了MEMS谐振陀螺仪的工艺。

(2)所制备的陀螺仪器件尺寸小，结构简单。

(3)所用材料和工艺设计与传统的微纳米加工工艺兼容，易于大批量制备。

(4)通过运用磁致伸缩效应和磁电耦合效应调谐频率的技术方案，使驱动模态和敏感模态的频率趋于一致，提高了陀螺仪的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的俯视图；

图2是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的剖面图；

图3是本发明实施例2中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的剖面图；

图4是本发明实施例3中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的剖面图；

图5是本发明实施例4中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的谐振盘部分的俯视图；

图6是本发明实施例4中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的谐振盘部分的剖面图；

图7是本发明实施例4中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的玻璃基板部分的俯视图；

图8是本发明实施例4中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的玻璃基板部分的剖面图；

图9是本发明实施例4中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪的剖面图；

图10a是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪采用不同弹簧结构时的俯视图；

图10b是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪采用不同电极数量时的俯视图；

图10c是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪采用另一种电极分布形式时的俯视图；

图10d是本发明实施例1中一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪采用又一种电极分布形式时的俯视图。

附图标记说明：1.SOI衬底、11.埋氧层、2.空腔、3.微弹簧、4.谐振盘、5.工作电极、51.第一电极、52.压电层、53.第二电极、54.第一磁性层、55.第二磁性层、6.引线电极、7.玻璃衬底、8.键合兼引线电极、9.键合电极、10.电极出口。

具体实施方式

鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和实践，得以提出本发明的技术方案，通过对晶圆进行加工，实现压电横向驱动的面内弯曲谐振模态，并通过磁电耦合效应和磁致伸缩效应对谐振频率进行调谐，具备微米级器件的潜力。

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，若非特别说明，如下实施例中所使用的各类原料、试剂、设备都可以从市场途径获取，且其中采用的磁控溅射、光刻、干法刻蚀、湿法腐蚀等均可以依照本领域已知的方式实施。

实施例1

本实施例为本发明一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪通过磁致伸缩效应改变器件结构的刚度进而对谐振频率进行调谐的方案。

参照图1，为本实施例中的器件俯视图，其中谐振盘4通过八个微弹簧3锚定于SOI衬底1上，与微弹簧3数量相对应的，谐振盘4上设有八个工作电极5以及衬底1上设有八个引线电极6，可用于谐振盘4的驱动与信号检测和输出。

参照图2，为本实施例中的器件剖面图，包括：SOI衬底1，位于衬底1上的第一电极51，位于第一电极51之上的压电层52，位于压电层52之上的第二电极53，第一电极51、压电层52和第二电极53共同构成器件的工作电极5和引线电极6。其中，工作电极5包括驱动电极和敏感电极。以及所述器件还包括位于衬底1上的第一磁性层54构成的磁性调谐层，通过刻蚀与牺牲层释放直接在衬底1上制备的谐振盘4和通过深硅刻蚀与化学腐蚀形成的背部空腔2。

在更为典型的实施例中，使用(100)晶向的单晶SOI晶圆作为SOI衬底1，金属Mo作为第一电极51和第二电极53，A1N作为压电层52，FeGa作为第一磁性层54以构成磁性调谐层。

本实施例器件的具体制程包括：

提供SOI晶圆作为SOI衬底1，采用磁控溅射的方法在衬底1上生长第一电极51；

之后再使用磁控溅射的方法在第一电极51上生长AlN压电层52以及在压电层52上生长第二电极53，并加工成驱动电极和敏感电极；

之后涂光刻胶，光刻后通过干法刻蚀暴露出磁性调谐层所在区域，干法刻蚀工艺可采用IBE(离子束刻蚀)工艺；

在磁性调谐层所在区域采用磁控溅射的方法沉积一层磁性薄膜形成第一磁性层54，并通过光刻与剥离工艺，形成磁性调谐层，该第一磁性层54可以采用有着良好磁致伸缩效应的新型磁致伸缩材料FeGa；

紧接着上一步，在晶圆上表面涂布一层厚光刻胶，光刻后依次对第一电极51进行IBE刻蚀，压电层52进行ICP(感应耦合等离子体)刻蚀以及第二电极53进行IBE刻蚀，使三者有着相同的图案；

洗去光刻胶后继续在晶圆上表面涂布光刻胶，光刻后进行深硅刻蚀，并得到微弹簧3和谐振盘4的图形；

在晶圆的上表面涂上一层用于保护的光刻胶，先将晶圆背部减薄到合适的厚度，再在晶圆背部涂布光刻胶，光刻后采用深硅刻蚀工艺在衬底1背部刻蚀，直至刻蚀到SOI衬底1的埋氧层11，得到背部空腔2，并洗去保护胶；

最后采用湿法腐蚀将背空腔2内的埋氧层11除去，将谐振盘4和微弹簧3释放出来，完成器件的制备。

实施例2

本实施例为本发明一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪通过磁电耦合效应对谐振频率进行调谐的方案。

参照图3，为本实施例中的器件剖面图，包括：SOI衬底1，位于衬底1上的第一电极51，位于第一电极51之上的压电层52，位于压电层52之上的具有导电能力的第一磁性层54，第一电极51、压电层52和第一磁性层54共同构成器件的工作电极5。其中，压电层52与第一磁性层54形成磁电耦合异质结，且工作电极5包括驱动电极和敏感电极。以及所述器件还包括通过刻蚀与牺牲层释放直接在衬底1上制备的谐振盘4和通过深硅刻蚀与化学腐蚀形成的背部空腔2。

本实施例器件的具体制程包括：

提供SOI晶圆作为SOI衬底1，采用磁控溅射的方法在衬底1上生长第一电极51；

之后再使用磁控溅射生长AlN压电层52；

紧接着在AlN压电层52上继续生长一层磁性薄膜形成第一磁性层54，并与压电层52形成磁电耦合异质结，构成驱动电极和敏感电极，其中，第一磁性层54采用具有良好导电性的新型磁致伸缩材料FeGa，能够充当第二电极53的作用；

紧接着上一步，在晶圆上表面涂布一层厚光刻胶，光刻后依次对第一磁性层54进行IBE刻蚀，压电层52进行ICP刻蚀以及第一电极51进行IBE刻蚀，使三者有着相同的图案；

洗去光刻胶后继续在晶圆上表面涂布光刻胶，光刻后进行深硅刻蚀，并得到微弹簧3和谐振盘4的图形；

在晶圆的上表面涂上一层用于保护的光刻胶，先将晶圆背部减薄到合适的厚度，再在晶圆背部涂布光刻胶，光刻后采用深硅刻蚀工艺在衬底1背部刻蚀，直至刻蚀到SOI衬底1的埋氧层11，得到背部空腔2，并洗去保护胶；

最后采用湿法腐蚀将背空腔2内的埋氧层11除去，将谐振盘4和微弹簧3释放出来，完成器件的制备。

实施例3

本实施例为本发明一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪同时采用磁致伸缩效应改变器件结构的刚度和磁电耦合效应对谐振频率进行调谐的方案。

参照图4，为本实施例中的器件剖面图，包括：SOI衬底1，位于衬底1上的第一电极51，位于第一电极51之上的压电层52，位于压电层52之上的具有导电能力的第一磁性层54，第一电极51、压电层52和第一磁性层54共同构成器件的工作电极5。其中，工作电极5包括驱动电极和敏感电极，且压电层52与第一磁性层54形成磁电耦合异质结。以及所述器件还包括通过刻蚀与牺牲层释放直接在衬底1上制备的谐振盘4、通过深硅刻蚀与化学腐蚀形成的背部空腔2和位于谐振盘4上的第二磁性层55构成的磁性调谐层。

本实施例器件的具体制程包括：

提供SOI晶圆作为SOI衬底1，采用磁控溅射的方法在衬底1上生长第一电极51；

之后再使用磁控溅射生长MN压电层52；

之后涂光刻胶，光刻后通过干法刻蚀暴露出磁性调谐层所在区域，干法刻蚀工艺可采用RIE工艺；

在压电层52和磁性调谐层所在区域上通过磁控溅射沉积一层磁性薄膜，该磁性薄膜可以采用有着良好导电性和磁致伸缩效应的新型磁致伸缩材料FeGa，再通过光刻和IBE刻蚀工艺将压电层52和磁性调谐层所在区域上的磁性薄膜分开，形成第一磁性层54和第二磁性层55；

紧接着上一步，在晶圆上表面涂布一层厚光刻胶，光刻后依次对第一磁性层54进行IBE刻蚀，压电层52进行ICP刻蚀以及第一电极51进行IBE刻蚀，使三者有着相同的图案；

洗去光刻胶后继续在晶圆上表面涂布光刻胶，光刻后进行深硅刻蚀，并得到微弹簧3和谐振盘4的图形；

在晶圆的上表面涂上一层用于保护的光刻胶，先将晶圆背部减薄到合适的厚度，再在晶圆背部涂布光刻胶，光刻后采用深硅刻蚀工艺在衬底1背部刻蚀，直至刻蚀到SOI衬底1的埋氧层11，得到背部空腔2，并洗去保护胶；

最后采用湿法腐蚀将背空腔2内的埋氧层11除去，将振动盘4和微弹簧3释放出来，完成器件的制备。

以上三个实施例在具体使用时，选取相对的一对工作电极5作为驱动电极，通过逆压电效应驱动谐振器按照预定频率振动，并根据选取模态的不同，选择与驱动电极相差90°的另一对工作电极5作为检测电极，通过压电效应检测陀螺仪的信号。在器件外部，在磁性调谐层和/或在八个工作电极5所在位置，通过外加MEMS磁感应线圈的方式为器件提供可变磁场，通过控制磁场的方向与大小，使磁性调谐层产生不同程度的形变以改变谐振盘4的刚度和/或通过第一磁性层54与压电层52之间磁电耦合异质结的磁电耦合效应，调节谐振盘的谐振频率，以使陀螺仪的驱动频率和检测频率趋于一致，进而提高陀螺仪的机械灵敏度和检测灵敏度。

实施例4

本实施例为本发明实施例3的另一种实施方案，该方案在玻璃衬底7上制备器件的空腔2，并通过SOI衬底1与玻璃衬底7键合的方法制备器件，避免了采用深硅刻蚀工艺刻蚀背空腔，同时能够提高器件的电学可靠性。

本实施例器件制备时分为SOI上工艺和玻璃基板上工艺两部分。

参照图5，为SOI工艺器件的俯视图，其中谐振盘4通过微弹簧3锚定于SOI衬底1上，与微弹簧3数量相对应的，谐振盘4上设有八个工作电极5以及衬底1上设有八个键合电极9和对应的八个电极出口10，可用于谐振盘4的驱动与信号检测和输出。

参照图6，为SOI工艺器件的剖面图，包括：SOI衬底1，位于衬底1上的第一电极51，位于第一电极51之上的压电层52，位于压电层52之上的具有导电能力的第一磁性层54，第一电极51、压电层52和第一磁性层54共同构成器件的工作电极5。其中，工作电极5包括驱动电极和敏感电极，且压电层52与第一磁性层54形成磁电耦合异质结。以及所述器件还包括通过刻蚀与牺牲层释放直接在衬底1上制备的谐振盘4和电极出口10、通过深硅刻蚀与化学腐蚀形成的背部空腔2、位于谐振盘4上的第二磁性层55构成的磁性调谐层以及为键合工艺设置的顶部键合电极9。

参照图7，为玻璃基板上工艺器件的俯视图，在玻璃衬底7中部通过化学腐蚀制备空腔2，并在与SOI衬底1上键合电极9对应的位置生长键合兼引线电极8，以便接下来键合工艺的开展。

参照图8，为玻璃基板上工艺器件的剖面图，包括：玻璃衬底7，以及位于玻璃衬底7上的键合兼引线电极8和空腔2。

参照图9，为本实施例SOI衬底1与玻璃衬底7键合后的器件剖面图，包括：SOI衬底1，位于衬底1上的第一电极51，位于第一电极51之上的压电层52，位于压电层52之上的具有导电能力的第一磁性层54，第一电极51、压电层52和第一磁性层54共同构成器件的工作电极5和键合电极9。其中，电极5包括驱动电极和敏感电极，且压电层52与第一磁性层54形成磁电耦合异质结。以及所述器件还包括通过刻蚀与牺牲层释放直接在衬底1上制备的谐振盘4和电极出口10、通过键合工艺在SOI衬底1与玻璃衬底7之间形成的背部空腔2和位于谐振盘4上的第二磁性层55构成的磁性调谐层。

本实施例器件的具体制程包括：

提供SOI晶圆作为SOI衬底1，采用磁控溅射的方法在SOI衬底1上生长第一电极51；

之后再使用磁控溅射生长AlN压电层52；

之后涂光刻胶，光刻后通过干法刻蚀暴露出磁性调谐层所在区域，干法刻蚀工艺可采用IBE工艺；

在压电层52和磁性调谐层所在区域上通过磁控溅射沉积一层磁性薄膜，该磁性薄膜可以采用有着良好导电性和磁致伸缩效应的新型磁致伸缩材料FeGa，再通过光刻和RIE刻蚀工艺将压电层52和磁性调谐层所在区域上的磁性薄膜分开，形成第一磁性层54和第二磁性层55；

之后通过光刻与剥离工生长顶部键合电极9，其中键合电极9可以使用金属Au材料；

紧接着上一步，在晶圆上表面涂布一层厚光刻胶，光刻后依次对第一磁性层54进行IBE刻蚀，压电层52进行ICP刻蚀以及第一电极51进行IBE刻蚀，使三者有着相同的图案；

洗去光刻胶后继续在晶圆上表面涂布光刻胶，光刻后进行深硅刻蚀，并得到微弹簧3、谐振盘4和电极出口10的图形；

在玻璃衬底7上采用化学腐蚀的方法，腐蚀出合适尺寸的空腔2；

采用光刻与剥离工艺在玻璃衬底7上与SOI衬底1上键合电极9对应的位置生长键合兼引线电极8，其中键合兼引线电极8使用与键合电极9同样的金属Au材料；

之后将玻璃衬底7与SOI衬底1按照其上的键合电极9和键合兼引线电极8的一一对应位置关系进行键合；

键合完成后，将图6中所示出的SOI衬底1的埋氧层11完全腐蚀，完成器件的制备。

需要说明的是，本实施例的工艺亦可应用到本发明实施例1与实施例2的方案中，仅需对应的制备步骤按照实施例4相应改变既可。

本发明实施例中所涉及的陀螺仪的结构还可采用多种设计方案，根据使用环境与精度的要求对电极数目、电极分布方式、微弹簧3的形状做不同设计。

参照图10a和图10b，为在本发明实施例1中器件结构的基础上，可以采用相同的微弹簧3结构和电极分布方式，而采用不同电极数目的设计方式。

具体地，根据实际要求可采用4-32组不等的电极数目方案。

参照图10a和图10c，为在本发明实施例1中器件结构的基础上，可以采用相同的电极数目和电极分布方式，而采用不同的微弹簧3结构的设计方式，以满足器件不同的结构刚度需求。

参照图10c和图10d，为在本发明实施例1中器件结构的基础上，采用相同的微弹簧3结构和电极数目，而采用不同的电极分布方式，以使器件在振型上发生改变。

需要说明的是，上述多种设计方案同时适用于本发明实施例2、实施例3及实施例4中的器件。

以上所述，仅为本发明中的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.一种压电式磁性调谐盘型陀螺仪，其特征在于，包括具有空腔的支承结构、悬空设置于所述空腔上的谐振盘和分布于谐振盘周围的多个弹性连接件，所述谐振盘通过多个弹性连接件与支承结构连接；所述谐振盘上对称分布有至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，其中一组驱动电极包括相对设置的两个驱动电极，其中一组敏感电极包括相对设置的两个敏感电极，并且一个驱动电极与一个敏感电极之间形成大于0而小于180°的夹角；其中，每一驱动电极和每一敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和第二电极，且所述谐振盘上还分布有第一磁性层，所述至少一对驱动电极和至少一对敏感电极环绕第一磁性层设置，或者，每一驱动电极和每一敏感电极均包括依次叠设在谐振盘上的第一电极、压电层和导电的第一磁性层。

2.根据权利要求1所述的盘型陀螺仪，其特征在于，所述第一磁性层为具有磁致伸缩效应的磁性调谐层；或者，所述导电的第一磁性层和压电层配合形成磁电耦合异质结。

3.根据权利要求1所述的盘型陀螺仪，其特征在于，所述谐振盘上还分布有第二磁性层，且所述至少一对驱动电极和至少一对敏感电极环绕第二磁性层设置，所述第一磁性层和压电层配合形成磁电耦合异质结，而所述第二磁性层为具有磁致伸缩效应的磁性调谐层。

4.根据权利要求1所述的盘型陀螺仪，其特征在于，所述支承结构包括第一衬底，所述空腔形成在所述第一衬底内，并且所述第一衬底、谐振盘和弹性连接件一体设置；或者，所述支承结构还包括与所述第一衬底配合的第二衬底，所述空腔形成在所述第一衬底与第二衬底之间，所述谐振盘和弹性连接件一体形成在第一衬底上，并且所述驱动电极和敏感电极分布在所述第一衬底朝向所述空腔的一侧表面上。

5.根据权利要求4所述的盘型陀螺仪，其特征在于，所述第一衬底包括SOI衬底，所述第二衬底包括玻璃衬底。

6.根据权利要求1所述的盘型陀螺仪，其特征在于，所述第一电极、第二电极包括金属电极；和/或，所述压电层的材质包括AlN、ZnO、PZT或AlScN；和/或，所述第一磁性层的材质包括FeGa、FeGaB、CoFeB、CoFe、Ni、NiFe或Terfenol-D；和/或，所述盘型陀螺仪整体呈现为中心对称结构；和/或，一组驱动电极和相配合的一组敏感电极之间成90°夹角；和/或，所述多个弹性连接件为沿谐振盘外周均匀分布的多个微弹簧。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的压电式磁性调谐盘型陀螺仪的制备方法，其特征在于包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和第二电极，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，以及，在衬底的第一表面形成第一磁性层，

或者，在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底上加工形成与谐振盘和弹性连接件相应的图形；

在第一衬底的第二表面加工形成空腔结构，并释放出所述谐振盘和弹性连接件，所述第一表面与第二表面相背对。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的压电式磁性调谐盘型陀螺仪的制备方法，其特征在于包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底的第一表面形成第二磁性层；

在第一衬底上加工形成与谐振盘和弹性连接件相应的图形；

在第一衬底第二表面加工形成空腔结构，并释放出所述谐振盘和弹性连接件，所述第一表面与第二表面相背对。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的压电式磁性调谐盘型陀螺仪的制备方法，其特征在于包括：

在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和第二电极，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极，以及，在衬底的第一表面形成第一磁性层，

或者，在第一衬底的第一表面依次形成第一电极、压电层和导电的第一磁性层，并加工形成至少一对驱动电极和至少一对敏感电极；

在第一衬底上加工形成与谐振盘、弹性连接件和电极出口相应的图形；

在第二衬底上加工形成空腔结构；

将第一衬底与第二衬底键合，使第一衬底的第一表面与所述空腔结构相对设置，并释放出所述谐振盘和弹性连接件。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的压电式磁性调谐盘型陀螺仪的使用方法，其特征在于包括：

向一对驱动电极施加电压，使谐振盘振动，同时通过与该一对驱动电极成90°夹角的一对敏感电极检测所述陀螺仪的信号；

以及，至少向第一磁性层所在位置施加可变磁场，并调节可变磁场的大小和方向，使磁致伸缩效应与磁电耦合效应协同作用，共同调节谐振盘的谐振频率。

Images