摘要
地震观测技术是地震学研究的重要基础，为了满足地震观测的需求，在信息技术、材料技术、以及微细加工制造技术的推动下，多种新型传感器应运而生，极大地推动了地震传感器的发展。 电化学地震传感器就是这样一款具有革新意义的地震计。它的核心结构是一个四电极电化学加速度传感单元，阳极-阴极-阴极-阳极(ACCA)四电极阵列置于碘(I2)和碘化钾(KI)混合水溶液环境中，利用电解质溶液在带电电极作用下会产生浓度梯度，并且溶液相对与电极的运动会使电极附近离子浓度改变从而使电极上产生附加电流等电化学原理，通过输出附加电流实现对外界加速度的感应。 已经面世的用于地震监测等方面的电化学加速度传感器产品多存在体积大、结构及制造过程复杂等缺点，因此本课题的主要目标是先建模仿真再利用微机电系统(MEMS)技术设计制造电化学加速度传感器，使之在不降低性能的基础上拥有更小的器件尺寸。本论文的主要工作分下面三部分: 首先，对四电极加速度传感单元进行了建模仿真。依据对电化学加速度传感单元的理论分析，在MEMS技术物理尺度下建立四电极加速度传感单元原理模型，通过验证该模型感应加速度的可行性并分析模型不同物理参数的改变对其灵敏度的影响。针对不同外界加速度条件下的模型应变进行仿真计算，该传感单元模型在一定的外界加速度范围内(0＜ax＜0.149m/s2)，输出附加电流值的大小同加速度基本呈线性正比关系。进一步仿真计算发现，要想获得尽量大的输出电流，要在合理的范围内增大通道高度，增加电极宽度，减小阴阳极之间距离，增大电解质浓度，并取与电极宽度类似的中间两阴极间距。 然后根据仿真结果，设计基于MEMS技术和工艺的四电极电化学加速度传感器并确定其具体制作工艺。在硅片两面分别用DRIE工艺制作硅微通道组和Lift-off工艺制作以钛为粘附层、铂为电极层的叉指阵列电极，三层组装后就制作得到了符合要求的器件。 最后，搭建合适的测试环境及平台，对器件性能进行初步测试。在外加振动频率分别为0.25Hz，0.5Hz及1Hz时，被测传感器1均能在同频率区域内做出相应的响应;在外加振动频率分别为2Hz，3Hz、4Hz，6Hz及8Hz时，被测传感器2均能在同频率区域内做出相应的响应。初步达到可测试低频振动的能力。
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