интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр

Формула изобретения

Интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр, содержащий подложку, неподвижный электрод, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и образующий с неподвижным электродом туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругую балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, отличающийся тем, что в него введены первая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, вторая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, третья якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, четвертая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, первая дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, вторая дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, третья дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, первый дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, второй дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, третий дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, первый дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий с первым дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, второй дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий со вторым дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, третий дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий с третьим дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, первый вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, второй вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, третий вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, четвертый вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, первая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над первым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, вторая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над вторым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, третья вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над третьим вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, четвертая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над четвертым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, первая область изолирующего диэлектрика, расположенная под неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, вторая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первым дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, третья область изолирующего диэлектрика, расположенная под вторым дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, четвертая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьим дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, пятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, шестая область изолирующего диэлектрика, расположенная под вторым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, седьмая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьим вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, восьмая область изолирующего диэлектрика, расположенная под четвертым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, девятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первой якорной областью подвеса, десятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под второй якорной областью подвеса, одиннадцатая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьей якорной областью подвеса, двенадцатая область изолирующего диэлектрика, расположенная под четвертой якорной областью подвеса, причем подложка выполнена из полупроводникового материала, подвижные, неподвижные электроды, упругие балки, якорные области подвеса, инерционная масса, вспомогательные пластины и вспомогательные электроды выполнены из полупроводникового материала второго типа проводимости, первый, второй и третий дополнительные подвижные электроды электрически соединены с подвижным электродом, инерционная масса имеет поперечное сечение Т-образной формы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной и микросистемной техники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин ускорения.

Известен интегральный микромеханический пьезорезистивный акселерометр (см. Jerome P.Lynch, Aaron Partridge, Kincho H.Law, Thomas W.Kenny, Anne S.Kiremidjian, Ed Carryer. Design of Piezoresistive MEMS-Based Accelerometer for Integration with Wireless Sensing Unit for Structural Monitoring. JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING© ASCE / JULY 2003, p.110, fig.1), содержащий подложку, неподвижный электрод, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, упругую балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, дополнительный неподвижный электрод, причем подложка, упругая балка, инерционная масса выполнены из полупроводникового материала, инерционная масса в плоскости подложки имеет форму сектора, неподвижные электроды представляют собой полупроводниковые области первого типа проводимости.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, неподвижный электрод, инерционная масса, расположенная с зазором относительно подложки, выполненная в виде пластины из полупроводникового материала, упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая чувствительность, отсутствие возможности калибровки устройства, отсутствие возможности одновременного измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

Функциональным аналогом заявляемого объекта является торсионный кремниевый акселерометр (см. Arjun Selvakumar, Farrokh Ayazi Khalil Najafi. A high sensitivity Z-axis torsional silicon accelerometer. The International Electron Devices Meeting (IEDM '96), San Francisco, CA, December 8-11, 1996. fig.1), содержащий подложку, неподвижный электрод, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и образующий с неподвижным электродом плоский конденсатор в плоскости, перпендикулярной плоскости подложки, за счет взаимного перекрытия подвижного и неподвижного электродов, имеющих гребенчатую структуру, используемый в качестве преобразователя перемещений, первую якорную область, жестко закрепленную относительно подложки, первую торсионную балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко соединена с первой якорной областью, вторую якорную область, жестко закрепленную относительно подложки, вторую торсионную балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко соединена со второй якорной областью, причем подложка выполнена из диэлектрика, подвижный и неподвижный электроды, торсионные балки и якорные области выполнены из полупроводникового материала первого типа проводимости.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, неподвижный электрод, инерционная масса, расположенная с зазором относительно подложки, выполненная в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая чувствительность, отсутствие возможности калибровки устройства, отсутствие возможности одновременного измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является инерционный туннельный микромеханический акселерометр (см. Navid Yazdi, Farrokh Ayazi, and Khalil Najafi. Micromachined Inertial Sensors. Proceedings of the IEEE, Vol.86, №8, August 1998, p.1646, fig.7), содержащий подложку, неподвижный электрод, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и образующий с неподвижным электродом туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругую балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, дополнительную упругую балку, выполненную из полупроводникового материала, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим - с дополнительной опорой, выполненной из полупроводникового материала и соединенной с подложкой, нижний металлический отклоняющий электрод, расположенный на поверхности подложки, верхний металлический отклоняющий электрод, расположенный над инерционной массой с зазором относительно нее, причем подложка выполнена из диэлектрика, подвижный и неподвижный электроды выполнены из металла, балка выполнена из полупроводникового материала, инерционная масса имеет поперечное сечение V-образной формы.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, неподвижный электрод, инерционная масса, расположенная с зазором относительно подложки, выполненная в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и образующий с неподвижным электродом туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая чувствительность, отсутствие возможности калибровки устройства, отсутствие возможности одновременного измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности сенсорного элемента, обеспечение возможности калибровки устройства, обеспечение возможности одновременного измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

Для достижения необходимого технического результата в интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр, содержащий подложку, неподвижный электрод, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и образующий с неподвижным электродом туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругую балку, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, введены первая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, вторая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, третья якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, четвертая якорная область подвеса, один конец которой жестко закреплен относительно подложки, а другой расположен с зазором относительно подложки, первая дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, вторая дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, третья дополнительная упругая балка, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой, а другим жестко закреплена относительно подложки, первый дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, второй дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, третий дополнительный подвижный электрод, жестко соединенный с инерционной массой и подвижным электродом, первый дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий с первым дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, второй дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий со вторым дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, третий дополнительный неподвижный электрод, жестко закрепленный относительно подложки и образующий с третьим дополнительным подвижным электродом туннельный контакт, первый вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, второй вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, третий вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, четвертый вспомогательный электрод, жестко закрепленный относительно подложки, первая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над первым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, вторая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над вторым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, третья вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над третьим вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, четвертая вспомогательная пластина прямоугольной формы, одним углом жестко соединенная с инерционной массой и расположенная с зазором над четвертым вспомогательным электродом, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, первая область изолирующего диэлектрика, расположенная под неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, вторая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первым дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, третья область изолирующего диэлектрика, расположенная под вторым дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, четвертая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьим дополнительным неподвижным электродом и отделяющая его от подложки, пятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, шестая область изолирующего диэлектрика, расположенная под вторым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, седьмая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьим вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, восьмая область изолирующего диэлектрика, расположенная под четвертым вспомогательным электродом и отделяющая его от подложки, девятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под первой якорной областью подвеса, десятая область изолирующего диэлектрика, расположенная под второй якорной областью подвеса, одиннадцатая область изолирующего диэлектрика, расположенная под третьей якорной областью подвеса, двенадцатая область изолирующего диэлектрика, расположенная под четвертой якорной областью подвеса, причем подложка выполнена из полупроводникового материала, подвижные, неподвижные электроды, упругие балки, якорные области подвеса, инерционная масса, вспомогательные пластины и вспомогательные электроды выполнены из полупроводникового материала второго типа проводимости, первый, второй и третий дополнительные подвижные электроды электрически соединены с подвижным электродом, инерционная масса имеет поперечное сечение Т-образной формы.

Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия", так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки. Получен положительный эффект, заключающийся в увеличении чувствительности сенсорного элемента и обеспечении возможности одновременного измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

На фиг.1 приведены топология предлагаемого интегрального микромеханического автоэмиссионного акселерометра и центральное сечение. На фиг.2 приведены структура предлагаемого интегрального микромеханического автоэмиссионного акселерометра и сечение в плоскости изолирующего диэлектрика.

Интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр содержит подложку 1, неподвижный электрод 2, инерционную массу 3, расположенную с зазором относительно подложки 1, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, подвижный электрод 4, жестко соединенный с инерционной массой 3 и образующий с неподвижным электродом 2 туннельный контакт, используемый в качестве преобразователя перемещений, упругую балку 5, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой 3, а другим жестко закреплена относительно подложки 1, первую якорную область подвеса 6, один конец которой жестко закреплен относительно подложки 1, а другой расположен с зазором относительно подложки 1, вторую якорную область подвеса 7, один конец которой жестко закреплен относительно подложки 1, а другой расположен с зазором относительно подложки 1, третью якорную область подвеса 8, один конец которой жестко закреплен относительно подложки 1, а другой расположен с зазором относительно подложки 1, четвертую якорную область подвеса 9, один конец которой жестко закреплен относительно подложки 1, а другой расположен с зазором относительно подложки 1, первую дополнительную упругую балку 10, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой 3, а другим жестко закреплена относительно подложки 1, вторую дополнительную упругую балку 11, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой 3, а другим жестко закреплена относительно подложки 1, третью дополнительную упругую балку 12, которая одним концом жестко соединена с инерционной массой 3, а другим жестко закреплена относительно подложки 1, первый дополнительный подвижный электрод 13, жестко соединенный с инерционной массой 3 и подвижным электродом 2, второй дополнительный подвижный электрод 14, жестко соединенный с инерционной массой 3 и подвижным электродом 2, третий дополнительный подвижный электрод 15, жестко соединенный с инерционной массой 3 и подвижным электродом 2, первый дополнительный неподвижный электрод 16, жестко закрепленный относительно подложки 1 и образующий с первым дополнительным подвижным электродом 13 туннельный контакт, второй дополнительный неподвижный электрод 17, жестко закрепленный относительно подложки 1 и образующий со вторым дополнительным подвижным электродом 14 туннельный контакт, третий дополнительный неподвижный электрод 18, жестко закрепленный относительно подложки 1 и образующий с третьим дополнительным подвижным электродом 15 туннельный контакт, первый вспомогательный электрод 19, жестко закрепленный относительно подложки 1, второй вспомогательный электрод 20, жестко закрепленный относительно подложки 1, третий вспомогательный электрод 21, жестко закрепленный относительно подложки 1, четвертый вспомогательный электрод 22, жестко закрепленный относительно подложки 1, первую вспомогательную пластину 23 прямоугольной формы, одним углом жестко соединенную с инерционной массой 3 и расположенную с зазором над первым вспомогательным электродом 19, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, вторую вспомогательную пластину 24 прямоугольной формы, одним углом жестко соединенную с инерционной массой 3 и расположенную с зазором над вторым вспомогательным электродом 20, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, третью вспомогательную пластину 25 прямоугольной формы, одним углом жестко соединенную с инерционной массой 3 и расположенную с зазором над третьим вспомогательным электродом 21, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, четвертую вспомогательную пластину 26 прямоугольной формы, одним углом жестко соединенную с инерционной массой 3 и расположенную с зазором над четвертым вспомогательным электродом 22, образуя с ним плоский конденсатор за счет их взаимного перекрытия, первую область изолирующего диэлектрика 27, расположенную под неподвижным электродом 2 и отделяющую его от подложки 1, вторую область изолирующего диэлектрика 28, расположенную под первым дополнительным неподвижным электродом 16 и отделяющую его от подложки 1, третью область изолирующего диэлектрика 29, расположенную под вторым дополнительным неподвижным электродом 17 и отделяющую его от подложки 1, четвертую область изолирующего диэлектрика 30, расположенную под третьим дополнительным неподвижным электродом 18 и отделяющую его от подложки 1, пятую область изолирующего диэлектрика 31, расположенную под первым вспомогательным электродом 19 и отделяющую его от подложки 1, шестую область изолирующего диэлектрика 32, расположенную под вторым вспомогательным электродом 20 и отделяющую его от подложки 1, седьмую область изолирующего диэлектрика 33, расположенную под третьим вспомогательным электродом 21 и отделяющую его от подложки 1, восьмую область изолирующего диэлектрика 34, расположенную под четвертым вспомогательным электродом 22 и отделяющую его от подложки 1, девятую область изолирующего диэлектрика 35, расположенную под первой якорной областью подвеса 6 и отделяющую ее от подложки 1, десятую область изолирующего диэлектрика 36, расположенную под второй якорной областью подвеса 7 и отделяющую ее от подложки 1, одиннадцатую область изолирующего диэлектрика 37, расположенную под третьей якорной областью подвеса 8 и отделяющую ее от подложки 1, двенадцатую область изолирующего диэлектрика 38, расположенную под четвертой якорной областью подвеса 9 и отделяющую ее от подложки 1.

Работает устройство следующим образом. При подаче положительного напряжения питания на неподвижные электроды 2, 16, 17, 18 относительно подвижных 4, 13, 14, 15 вследствие малости воздушного зазора, разделяющего области подвижных 4, 13, 14, 15 и неподвижных 2, 16, 17, 18 электродов электроны, имеющие достаточную вероятность прохождения сквозь потенциальные барьеры, образованные воздушными зазорами, туннелируют из подвижных электродов 4, 13, 14, 15 в соответствующие неподвижные электроды 2, 16, 17, 18 и создают туннельные токи, которые являются выходными сигналами устройства.

При подаче управляющих напряжений на вспомогательные электроды 19, 20, 21, 22 относительно вспомогательных пластин 23, 24, 25, 26, которые электрически соединены с подвижными электродами 4, 13, 14, 15 и жестко закреплены на инерционной массе 3, вследствие сил электростатического взаимодействия между ними и вспомогательными электродами 19, 20, 21, 22 в упругих балках 5, 10, 11, 12, которые одними концами жестко соединены с инерционной массой 3, а другими концами закреплены на якорных областях подвеса 6, 7, 8, 9, возникают моменты сил, инициирующие упругую деформацию балок 5, 10, 11, 12 и изменение ориентации нормали к инерционной массе 3, устраняя возможный первоначальный крен подвижных электродов 4, 13, 14, 15 относительно неподвижных электродов 2, 16, 17, 18 и тем самым осуществляя калибровку устройства.

Условием завершения процесса калибровки прибора является равенство токов автоэмиссии между подвижными электродами 4, 13, 14, 15 и соответствующими неподвижными электродами 2, 16, 17, 18.

Области изолирующего диэлектрика 35, 36, 37, 38, расположенные под якорными областями подвеса 6, 7, 8, 9, области изолирующего диэлектрика 27, 28, 29, 30, расположенные под неподвижными электродами 2, 16, 17, 18, а также области изолирующего диэлектрика 31, 32, 33, 34, расположенные под вспомогательными электродами 19, 20, 21, 22, жестко закреплены относительно подложки 1, исключая возможность протекания токов между подвижными 4, 13, 14, 15, неподвижными 2, 16, 17, 18 и вспомогательными электродами 19, 20, 21, 22 по поверхности подложки 1.

Подвижные электроды 4, 13, 14, 15 расположены на инерционной массе 3 так, что между инерционной массой 3, упругими балками 5, 10, 11, 12, подвижными электродами 4, 13, 14, 15 и подложкой 1 имеются воздушные зазоры, обеспечивающие возможность перемещения инерционной массы 3 вдоль оси Z, проходящей через геометрический центр прибора и перпендикулярной плоскости подложки 1.

При возникновении ускорения полупроводниковой подложки 1 в направлении оси Z инерционная масса 3 с закрепленными на ней подвижными электродами 4, 13, 14, 15 под действием сил инерции перемещается перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1, инициируя деформацию упругих балок 5, 10, 11, 12. Туннельные токи, протекающие между подвижными электродами 4, 13, 14, 15 и неподвижными электродами 2, 16, 17, 18, получают равные приращения вследствие одновременного изменения ширины всех воздушных зазоров, характеризуя величину ускорения.

Направление составляющей ускорения, параллельной оси Z, определяется посредством кратковременного положительного зондирующего импульса, который одновременно подается на вспомогательные электроды 19, 20, 21, 22. Зондирующий импульс инициирует перемещение инерционной массы 3 вследствие возникновения сил электростатического взаимодействия между вспомогательными пластинами 23, 24, 25, 26 и вспомогательными электродами 19, 20, 21, 22, таким образом изменяя расстояние между подвижными электродами 4, 13, 14, 15 и соответствующими неподвижными электродами 2, 16, 17, 18. При этом кратковременное положительное приращение автоэмиссионных токов свидетельствует о направлении составляющей внешнего ускорения, противоположном направлению оси Z. В случае кратковременного отрицательного приращения автоэмиссионных токов направление рассматриваемой составляющей внешнего ускорения совпадает с направлением оси Z.

При возникновении ускорения полупроводниковой подложки 1 в направлении оси Y, соединяющей геометрические центры неподвижных электродов 2, 17, инерционная масса 3 с закрепленными на ней подвижными электродами 4, 13, 14, 15 под действием сил инерции перемещается вдоль рассматриваемой оси в противоположном ускорению направлении, инициируя деформацию упругих балок 5, 10, 11, 12. Туннельные токи, протекающие между подвижными электродами 4, 14 и неподвижными электродами 2, 17, изменяются вследствие одновременного изменения ширины воздушных зазоров, характеризуя величину ускорения.

При возникновении ускорения полупроводниковой подложки 1 в направлении оси X, соединяющей геометрические центры неподвижных электродов 16, 18, инерционная масса 3 с закрепленными на ней подвижными электродами 4, 13, 14, 15 под действием сил инерции перемещается вдоль рассматриваемой оси в противоположном направлении, инициируя деформацию упругих балок 5, 10, 11, 12. Туннельные токи, протекающие между подвижными электродами 13, 15 и неподвижными электродами 16, 18, лежащими на оси X, изменяются вследствие одновременного изменения ширины воздушных зазоров, характеризуя величину ускорения.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой интегральный микромеханический автоэмиссионный акселерометр, позволяющий измерять величины трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения.

Использование эффекта туннелирования носителей заряда между четырьмя парами неподвижных и подвижных электродов позволяет измерять величины трех взаимно перпендикулярных составляющих ускорения. Использование четырех вспомогательных электродов позволяет осуществить калибровку устройства посредством электростатической активации.