CN111333021B - 单质量块平面三轴mems惯性传感器及其制备方法 - Google Patents

单质量块平面三轴mems惯性传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，包括自下而上依次键合的底板、空腔结构层、质量块与悬臂梁结构层、顶板；空腔结构层底面的空腔基板底面键合环与底板顶面的底板键合环金金键合；悬臂梁固支边框的底面与空腔结构层顶面的空腔基板顶面键合环金硅键合，各个悬臂梁悬置于空腔之上并使质量块悬置于空腔之中；顶板底面的接地引出电极与悬臂梁固支边框顶面的接地电极金金键合，最终形成一个气密封闭结构，本发明总体结构简单、制备过程简便，感测灵敏度和感测精度高。

Description

单质量块平面三轴MEMS惯性传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种惯性传感器，特别涉及一种单质量块平面三轴MEMS惯性传感器。
背景技术
MEMS惯性传感器基于微机械电子(MEMS)技术，采用微加工工艺制作，具有体积小、重量轻、能耗低、可靠性高等优点，广泛应用于航天航空、汽车、消费电子、工业控制等领域。
现行技术中的MEMS惯性传感器主要有加速度计、陀螺，MEMS加速度计包括单轴加速度计和多轴加速度计，用于感测作直线加速运动物体的单一轴向或者多个正交轴向的运动加速度，MEMS陀螺也包括单轴陀螺和多轴陀螺，用于感测作旋转角运动物体的单一轴向或者多个正交轴向的角位移或角速度信息。
但实际应用中，特别是在对平面运动物体的惯性运动状态进行监测时，往往需要同时感测运动物体所作的面内水平直线运动和面内水平旋转角运动。虽然可以采用多个单轴加速度计和单轴陀螺正交组装的方式来实现这一目的，但如此构成的感测组件结构复杂、体积大，同时多个轴向加速度计、陀螺的正交组装误差会带来较大的输出信号噪声，影响检测精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种单质量块平面三轴MEMS惯性传感器及其制备方法，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器采用单质量块惯性敏感方式和平面平行板电容检测方式，总体结构简单、制备过程简便，感测灵敏度和感测精度高。
本发明的目的是这样实现的：一种单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，包括自下而上依次键合的底板(1)、空腔结构层(2)、质量块与悬臂梁结构层(3)、顶板(4)；
所述底板(1)包括底板基板(11)、底板基板底面四边相对于其中心对称分布的4组侧电容输出电极(12)、底板基板顶面相对于其中心对称分布的4组侧电容外电极下引出电极(13)、底板基板顶面四边环绕4组侧电容外电极下引出电极(13)的底板键合环(14)和8个贯穿底板基板的底板金属通孔(15)；
所述空腔结构层(2)包括空腔基板(21)、贯穿空腔基板中部的正八棱柱形空腔(22)、相间设置在空腔(22)前后左右4个内侧面上的4组侧电容外电极(23)、空腔基板底面正对4组侧电容外电极的4组侧电容外电极上引出电极(24)、空腔基板底面四边环绕4组侧电容外电极上引出电极(24)的空腔基板底面键合环(25)和环绕于空腔基板顶面四边的空腔基板顶面键合环(26)；
所述质量块与悬臂梁结构层(3)包括正八棱柱形的质量块(31)、相间覆盖在质量块前后左右4个侧面的4个侧电容内电极(32)、覆盖在质量块底面的侧电容内电极引出电极(33)、贯穿质量块中央的质量块金属通孔(34)、4个S形悬臂梁(35)、悬臂梁固支边框(36)和覆盖质量块顶面、各个悬臂梁顶面和悬臂梁固支边框顶面的接地电极(37)；
所述顶板(4)包括顶板基板(41)、顶板基板底面中部的顶板空腔(42)、覆盖顶板基板底面四边的接地引出电极(43)、顶板基板顶面四边相对于其中心对称分布的4个接地输出电极(44)和4个贯穿顶板基板的顶板金属通孔(45)；
所述空腔结构层(2)底面的空腔基板底面键合环(25)与底板(1)顶面的底板键合环(15)金金键合；所述悬臂梁固支边框(36)的底面与空腔结构层(2)顶面的空腔基板顶面键合环(26)金硅键合，各个悬臂梁悬置于空腔(21)之上并使质量块(31)悬置于空腔(21)之中；所述顶板(4)底面的接地引出电极(43)与悬臂梁固支边框(36)顶面的接地电极(44)金金键合，最终形成一个气密封闭结构。
作为本发明的进一步限定，所述底板基板(11)为正方形截面的基板，相应地，底板键合环(14)为内方外方截面的矩形环；
各组侧电容输出电极均包含2个并列的侧电容输出电极(12)，各个侧电容输出电极(12)为同形的矩形电极；
各组侧电容外电极下引出电极均包含2个并列的侧电容外电极下引出电极(13)，各个侧电容外电极下引出电极(13)为同形的矩形电极；
各个侧电容输出电极(12)正对1个侧电容外电极下引出电极(13)并由1个底板金属通孔(15)相连接。
作为本发明的进一步限定，所述空腔基板(21)为正方形外缘的厚基板，相应地，所述空腔基板底面键合环(25)和空腔基板顶面键合环(26)均为内方外方截面的矩形环；
各组侧电容外电极均包含2个并列的侧电容外电极(23)，各个侧电容外电极(23)为同形的矩形电极，各个侧电容外电极(23)的高度与空腔(22)的高度相同，各组侧电容外电极中的2个侧电容外电极(23)及其间隙的总宽度与质量块与悬臂梁结构层(3)中的正八棱柱形质量块(31)上的侧电容内电极(32)的宽度相同；
各组侧电容外电极上引出电极均包含2个并列的侧电容外电极上引出电极(24)，各个侧电容外电极上引出电极(24)为同形的矩形电极，所述各个侧电容外电极上引出电极(24)的内端与对应的侧电容外电极(23)的下端相连接。
作为本发明的进一步限定，所述各个侧电容内电极(32)的上端与各个S形悬臂梁(35)的下表面平齐，所述各个侧电容内电极(32)的下端与侧电容内电极引出电极(33)的外缘相连，所述质量块金属通孔(34)连接质量块底面的侧电容内电极引出电极(33)和质量块顶面的接地电极(37)；
所述悬臂梁固支边框(36)为内方外方形的中空框架；
各个S形悬臂梁(35)均包含若干个径向臂(351)、若干个横向臂(352)、1个内侧径向支撑臂(353)和1个外侧径向支撑臂(354)；所述各个径向臂和各个横向臂具有相同的长度和相同的宽度，所述各个径向臂和各个横向臂的长度至少为其宽度的4倍；所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂具有相同的长度和相同的宽度，所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的长度不大于其宽度，所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的宽度不小于横向臂的长度的1/2；所述各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂具有相同的厚度，所述各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂的厚度至少是径向臂或横向臂的宽度的2倍；
各个S形悬臂梁中的内侧径向支撑臂、若干个横向臂、若干个径向臂、外侧径向支撑臂依次正交相连，其中各个横向臂和各个径向臂依次相间正交相连，所述各个S形悬臂梁通过其内侧径向支撑臂的内端相间连接于质量块前后左右四个侧面顶端的正中，所述各个S形悬臂梁通过其外侧径向支撑臂的外端相间连接于悬臂梁固定边框前后左右四个边内侧顶端的正中，各个S形悬臂梁的顶面与质量块的顶面和悬臂梁固定边框的顶面平齐。
作为本发明的进一步限定，所述顶板基板(41)为正方形外缘的基板，相应地，顶板基板底面四边的接地引出电极(43)为内方外方截面的矩形环；
所述顶板空腔(42)的截面与悬臂梁固支边框(36)中空部分的截面全等同形，所述顶板空腔(42)的深度为顶板基板(41)厚度的一半；
各个接地输出电极(44)为同形的矩形电极，所述4个顶板金属通孔(45)分别连接4个接地输出电极(44)与接地引出电极(43)。
作为本发明的进一步限定，所述底板基板(11)、空腔基板(21)、悬臂梁固支边框(38)和顶板基板(41)具有相同边长的正方形外缘；
所述底板键合环(14)、空腔基板底面键合环(25)、空腔基板顶面键合环(26)、悬臂梁固支边框(36)的底面和悬臂梁固支边框(36)顶面与顶板基板(41)底面的接地引出电极(43)全等同形；
所述各个电极、各个键合环与所在基板之间、各个金属通孔与所贯穿基板之间由绝缘层(5)电隔离；
所述顶板(1)、空腔结构层(2)和底板(4)的基板材料为硅单晶，制作质量块与悬臂梁结构层(3)的基板为SOI基板，所述各个电极、各个键合环和各个金属通孔的材料为金，所述绝缘层(5)的材料为二氧化硅或者氮化硅。
作为本发明的进一步限定，质量块悬置于空腔内，所述质量块外侧面与空腔内侧面的间隙为质量块相对于空腔作面内水平前后偏移、面内水平左右偏移、面内水平左右旋转的空间；
所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器结构中，所述4个侧电容内电极与相对的8个侧电容外电极构成8个侧电容(6)，其中位于质量块前侧的两个侧电容(61、62)组成第一感测电容对，位于质量块后侧的两个侧电容(63、64)组成第二感测电容对，位于质量块左侧的两个侧电容(65、66)组成第三感测电容对，位于质量块右侧的两个侧电容(67、68)组成第四感测电容对。
作为本发明的进一步限定，静态时，悬置于空腔内的质量块的8个外侧面分别与其相对的8个空腔内侧面平行、正对且保持相等的间距，质量块的底面与底板的顶面以及质量块的顶面与顶板空腔的顶面平行且保持初始间距；
相应地，质量块外侧面上的4个侧电容内电极分别与相对的4组侧电容外电极平行、正对且保持相同的间隙宽度，构成8个侧电容的静态绝缘间隙，8个侧电容具有相同的静态电容值，由各个侧电容输出电极与各个接地输出电极构成的8个侧电容输出端口输出相同的静态电容值信号。
作为本发明的进一步限定，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器结构中，4个对称分布的S形悬臂梁支撑质量块，各个S形悬臂梁悬置于空腔之上并使质量块悬置于空腔之中，其中：
各个S形悬臂梁的径向臂和横向臂均为长度相同的长且窄的厚梁，易于产生面内径向形变和面内横向形变而不易产生面外弯曲形变；
各个S形悬臂梁的内侧径向支撑臂和外侧径向支撑臂均为短且宽的厚梁，不易产生面内弯曲形变和面外弯曲形变。
以上结构特点使得当由4个S形悬臂梁对称支撑的质量块敏感惯性运动时，易于产生面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移和面内水平左旋(或者右旋)偏转而不易于产生面外垂直向上(向下)偏移和面外前倾(或者后倾)偏转、面外左倾(或者右倾)偏转，即所述单质量平面三轴MEMS惯性传感器仅对面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动敏感，而对面外直线加速运动和面外角运动不敏感，实现所述单质量平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平直线加速运动和面内水平角运动与非预期的附加面外直线加速运动和面外旋转角运动的解耦。
一种采用MEMS技术的单质量块平面三轴惯性传感器的制备方法，包括以下步骤：
1、制作底板；
(1-1)硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
(1-2)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(1-3)湿法腐蚀，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
(1-4)干法刻蚀，形成穿通基板的硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
(1-5)上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面和硅通孔内壁的氧化绝缘层；
(1-6)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(1-7)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个底板金属通孔；
(1-8)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(1-9)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(1-10)去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极下引出电极和底板键合环；
(1-11)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(1-12)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(1-13)去胶，连同去除覆盖在侧电容输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容输出电极，完成底板的制作；
2、制作空腔结构层；
(2-1)硅单晶厚基板底面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板底面的氧化绝缘层；
(2-2)硅单晶厚基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(2-3)湿法腐蚀，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的氧化绝缘层；
(2-4)干法刻蚀，形成穿通基板的侧电容外电极沟槽，去胶，去除基板底面氧化绝缘层；
(2-5)上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及侧电容外电极沟槽内壁的氧化绝缘层；
(2-6)在上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容外电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
(2-7)磁控溅射钛，覆盖侧电容外电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容外电极沟槽，去胶，得到各个侧电容外电极；
(2-8)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(2-9)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(2-10)去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环；
(2-11)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔基板顶面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(2-12)磁控溅射，依次覆盖钛膜、金膜和钛膜；
(2-13)去胶，连同去除覆盖在空腔基板顶面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金-钛膜，得到空腔基板顶面键合环；
(2-14)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔所在区域的光刻胶胶膜；
(2-15)干法刻蚀，依次去除空腔所在区域的基板顶面氧化绝缘层、硅单晶层和基板底面氧化绝缘层，形成穿通基板的空腔，并使空腔侧面的侧电容外电极裸露，完成空腔结构层的制作；
3、制作质量块与悬臂梁结构层；
(3-1)准备SOI基板，所述SOI基板自上而下依次为硅单晶表面层、埋氧层和硅单晶支撑层；
(3-2)所述基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
(3-3)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(3-4)湿法腐蚀，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
(3-5)干法刻蚀，形成穿通SOI基板的硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
(3-6)上述SOI基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖SOI基板顶面、SOI基板底面以及硅通孔内壁的氧化绝缘层；
(3-7)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(3-8)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到质量块金属通孔；
(3-9)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地电极所在区域的光刻胶胶膜；
(3-10)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(3-11)去胶，连同去除覆盖在接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地电极；
(3-12)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(3-13)湿法刻蚀，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的SOI基板底面氧化绝缘层；
(3-14)干法刻蚀，去除待制侧电容内电极所在区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，得到侧电容内电极沟槽，去胶；
(3-15)热氧化或者LPCVD，在上述侧电容内电极沟槽内壁覆盖氧化绝缘层；
(3-16)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
(3-17)磁控溅射钛，覆盖侧电容内电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容内电极沟槽，去胶，得到各个侧电容内电极；
(3-18)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(3-19)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(3-20)去胶，连同去除覆盖在侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到侧电容内电极引出电极；
(3-21)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
(3-22)湿法刻蚀，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的SOI基板底面氧化绝缘层；
(3-23)干法刻蚀，去除待制质量块所在区域以外的SOI基板硅单晶支撑层，止于与待制悬臂梁固支边框的底面对应的位置，去胶，去除基板底面氧化绝缘层；
(3-24)LPCVD，在上述SOI基板底面覆盖氧化绝缘层；
(3-25)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的光刻胶胶膜；
(3-26)湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的氧化绝缘层；
(3-27)干法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，使质量块侧面的各个侧电容内电极裸露，得到质量块下部结构，去胶；
(3-28)湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板埋氧层以及质量块底面、质量块侧面和悬臂梁固支边框底面的氧化绝缘层，形成各个悬臂梁的底面和悬臂梁固支边框的底面；
(3-29)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除步骤(3-9)～(3-11)所得接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
(3-30)干法刻蚀，依次去除接地电极所在区域以外的SOI基板顶面氧化绝缘层和SOI基板硅单晶表面层，去胶，得到质量块、各个悬臂梁和悬臂梁固支边框，完成质量块与悬臂梁结构层的制作；
4、制作顶板；
(4-1)硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
(4-2)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(4-3)湿法腐蚀，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
(4-4)干法刻蚀，形成硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
(4-5)双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及硅通孔内壁的氧化绝缘层；
(4-6)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(4-7)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个顶板金属通孔；
(4-8)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(4-9)磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
(4-10)去胶，连同去除覆盖在接地输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个接地输出电极；
(4-11)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(4-12)磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
(4-13)去胶，连同去除覆盖在接地引出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地引出电极；
(4-14)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板空腔所在区域的光刻胶胶膜；
(4-15)湿法刻蚀，去除待制顶板空腔所在区域的氧化绝缘层；
(4-16)干法刻蚀，去除上述基板底面待制顶板空腔所在区域的硅单晶层，止于基板厚度一半的位置，得到顶板空腔，完成顶板的制作；
上述各个电极、各个金属通孔制备步骤中溅射的钛膜用作增黏层；上述空腔基板顶面键合环制备步骤中溅射的下层钛膜用作增黏层，溅射的上层钛膜用作增黏层和阻挡层。
5、结构层键合；
(5-1)将空腔结构层顶面的空腔基板顶面键合环与悬臂梁固支边框底面对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成空腔结构层与质量块与悬臂梁结构层的金硅键合；
(5-2)将底板顶面的底板键合环和各个侧电容外电极上引出电极分别与空腔结构层底面的空腔基板底面键合环和各个侧电容外电极下引出电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成底板与空腔结构层的金金键合；
(5-3)将顶板底面的接地引出电极与悬臂梁固支边框顶面的接地电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成顶板和悬臂梁固支边框的金金键合。
本发明的工作原理如下：
1、当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平向后(或者向前)偏移，第一感测电容对和第二感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向前(或者向后)偏移，其中：
第一感测电容对中两个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向前远离(或者向后接近)偏移，两个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度增大(或者减小)，两个侧电容的电容值随之减小(或者增大)；
第二感测电容对中两个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向前接近(或者向后远离)偏移，两个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度减小(或者增大)，两个侧电容的电容值随之增大(或者减小)；
各个侧电容的电容值变化量对应于其内外电极间隙宽度的变化量，即对应于各个侧电容的外电极相对于其内电极所作面内水平向前(或者向后)偏移的偏移量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度。
据此，通过相应的侧电容输出电极实测第一感测电容对或者第二感测电容对中各个侧电容的电容值，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度。
2、当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平向左(或者向右)直线加速运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平向右(或者向左)偏移，第三感测电容对和第四感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向左(或者向右)偏移，其中：
第三感测电容对中两个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向左远离(或者向右接近)偏移，两个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度增大(或者减小)，两个侧电容的电容值随之减小(或者增大)；
第四感测电容对的两个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平向左接近(或者向右远离)偏移，两个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度减小(或者增大)，两个侧电容的电容值随之增大(或者减小)；
各个侧电容的电容值变化量对应于其内外电极间隙宽度的变化量，即对应于各个侧电容的外电极相对于其内电极所作面内水平向左(或者向右)偏移的偏移量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度。
据此，通过相应的侧电容输出电极实测第三感测电容对或者第四感测电容对中各个侧电容的电容值，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度。
3、当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平左旋(或者右旋)角运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平右旋(或者左旋)偏转，各个感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平左旋(或者右旋)偏转，其中：
各个感测电容对中位于偏转方向前侧的侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平左旋(或者右旋)移出偏转，各个侧电容的内外电极交叠面积减小且内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减，各个侧电容的电容值随之发生变化；
各个感测电容对中位于偏转方向后侧的侧电容的外电极相对于其内电极作面内水平左旋(或者右旋)移入偏转，各个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减，各个侧电容的电容值随之发生变化；
仅考虑各个感测电容对中位于偏转方向后侧的侧电容，各个侧电容的电容值变化量仅对应于其内外电极之间的相互倾斜角，即对应于其内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化量，即对应于各个侧电容的外电极相对于其内电极所作面内水平左旋(或者右旋)偏转的角偏转量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
据此，通过相应的侧电容输出电极实测各个感测电容对中相关侧电容的电容值，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
4、当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动时，质量块因惯性相对于空腔同时产生面内水平向后(或者向前)偏移、面内水平向右(或者向左)偏移和面内水平右旋(或者左旋)偏转，各个侧电容的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移和面内水平左旋(或者右旋)偏转。
依据运动独立性原理，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动使其各个侧电容的外电极相对于其内电极同时所作面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移和面内水平左旋(或者右旋)偏转可视为所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器分别敏感的上述三个轴向的平面惯性运动使其各个侧电容的外电极相对于其内电极分别所作面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移、面内水平左旋(或者右旋)偏转的叠加，其中：
所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动使其第一感测电容对中两个侧电容的内外电极间隙宽度增大(或者减小)，同时使其第二感测电容对中两个侧电容的内外电极间隙宽度减小(或者增大)，同时使其第三感测电容对和第四感测电容对中位于运动方向前侧的各个侧电容的内外电极交叠面积减小，以上各个侧电容由静态时的平行极板电容结构分别变化为内外电极间隙宽度发生变化或者内外电极交叠面积发生变化的平行极板电容结构。
所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感的面内水平向左(或者向右)直线加速运动使其第三感测电容对中两个侧电容的内外电极间隙宽度增大(或者减小)，同时使其第四感测电容对中两个侧电容的内外电极间隙宽度减小(或者增大)，同时使其第一感测电容对和第二感测电容对中位于运动方向前侧的各个侧电容的内外电极交叠面积减小，以上各个侧电容由静态时的平行极板电容结构分别变化为内外电极间隙宽度发生变化或者内外电极交叠面积发生变化的平行极板电容结构。
所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平左旋(或者右旋)角运动使其各个感测电容对中沿偏转方向后侧的各个侧电容的内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减，同时使其各个感测电容对中沿偏转方向前侧的各个侧电容的内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减且内外电极交叠面积减小，各个侧电容由静态时的平行极板电容结构分别变化为内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化或者内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化且内外电极交叠面积变化的非平行极板电容结构。
而所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感的面内水平向前(或者向后)、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动使其各个感测电容对中位于偏转方向前侧的侧电容的外电极相对于其内电极同时产生面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移、面内水平左旋(或者右旋)移出偏转，各个侧电容的内外电极间隙宽度发生变化且内外电极交叠面积发生变化且内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化，同时使其各个感测电容对中位于偏转方向后侧的侧电容的外电极相对于其内电极同时产生面内水平向前(或者向后)偏移、面内水平向左(或者向右)偏移、面内水平左旋(或者右旋)移入偏转，各个侧电容的内外电极交叠面积保持不变而内外电极间隙宽度发生变化且其内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减，各个侧电容由静态时的平行极板电容结构变化为内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化且/或内外电极间隙宽度发生变化且/或内外电极交叠面积发生变化的非平行极板电容结构。
将上述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器分别敏感面内水平向前(或者向后)、面内水平向左(或者向右)直线加速运动、面内水平左旋(或者右旋)角运动所分别形成的内外电极间隙宽度发生变化的平行极板电容结构、内外电极交叠面积发生变化的平行极板电容结构、内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化的非平行极板电容结构等效为具有与其静态时相同内外电极交叠面积的等值平行极板电容，则各个侧电容对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度的变化量分别对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动、面内水平左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容的外电极相对于其内电极的偏移量或偏转量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度、面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度、面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
将上述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平向前(或者向后)、面内水平向左(或者向右)直线加速运动、面内水平左旋(或者右旋)角运动所形成的内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化且/或内外电极间隙宽度发生变化且/或内外电极交叠面积发生变化的非平行极板电容结构等效为具有与其静态时相同内外电极交叠面积的等值平行极板电容，则各个侧电容对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度的变化量对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容的外电极相对于其内电极同时产生的偏移量和偏转量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度、面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度和面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
依据运动独立性原理，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度的变化量为所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器分别敏感面内向前(或者向后)直线加速运动、向左(或者向右)直线加速运动和面内左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度的变化量的代数和。
并且，基于同一质量块与侧电容结构，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动使其第一感测电容对(或者第二感测电容对)中两个侧电容的内外电极间隙宽度的变化量同向同幅度，第一感测电容对中各个侧电容与第二感测电容对中各个侧电容的内外电极间隙宽度的变化量反向同幅度，第三感测电容对和第四感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移同向同幅度，第三感测电容对和第四感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移与第一感测电容对和第二感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移同幅度。
而基于同一质量块与侧电容结构，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平向左(或者向右)直线加速运动使其第三感测电容对(或者第四感测电容对)中两个侧电容的内外电极间隙宽度的变化量同向同幅度，第三感测电容对中各个侧电容与第四感测电容对中各个侧电容的内外电极间隙宽度的变化量反向同幅度，第一感测电容对和第二感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移同向同幅度，第一感测电容对和第二感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移与第三感测电容对和第四感测电容对中各个侧电容的外电极相对于其内电极的偏移同幅度。
而基于同一质量块与侧电容结构，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平左旋(或者右旋)角运动使其各个侧电容的内外电极间隙宽度沿偏转方向的线性变化量同向同幅度，各个感测电容对中沿偏转方向前侧的各个侧电容的内外电极交叠面积的变化量同向同幅度。
相应地，各个侧电容的电容值随之发生变化，各个侧电容的电容值变化量对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时或者分别敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度的变化量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时或者分别所敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动、面内水平左旋(或者右旋)角运动使相关侧电容的外电极相对于其内电极的偏移量和/或偏转量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时或者分别感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度和/或面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度和/或面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
综上，可得当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时或者分别敏感面内向前(或者向后)直线加速运动、面内向左(或者向右)直线加速运动和面内左旋(或者右旋)角运动时，各个轴向的平面惯性运动对应的等效平行极板电容的内外电极的间隙宽度相对于其静态时的内外电极的间隙宽度的变化量与各个侧电容的电容值变化量的关系。
据此，可分离各个轴向的平面惯性运动对应的等效平行极板电容的内外电极的间隙宽度相对于其静态时的内外电极的间隙宽度的变化量，即可分离所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感的面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动中三个轴向面内惯性运动的加速度和角速度，实现所述三个轴向的平面惯性运动之间的解耦。
据此，通过相应的侧电容输出电极实测各个侧电容的电容值变化量，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感的面内水平向前(或者向后)、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动中三个轴向面内惯性运动的加速度和角速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器统一采用惯性质量块敏感方式实现MEMS惯性加速度计和MEMS惯性陀螺，同时感测运动物体所作面内水平直线运动的加速度和面内水平旋转运动的角速度，实现对运动物体的平面惯性运动状态的监测；
当所述平面三轴惯性传感器同时或者分别敏感面内向前(或者向后)直线加速运动、面内向左(或者向右)直线加速运动和面内左旋(或者右旋)角运动时，其中的质量块因惯性相对于空腔同时或者分别对应地产生面内水平向后(或者向前)偏移、面内水平向右(或者向左)偏移和面内水平右旋(或者左旋)偏转，由此形成的各个轴向的偏移量和偏转量对应于所敏感的平面三轴惯性运动的加速度和角速度；
相比于常规用于MEMS陀螺的振动式敏感方式，本发明的平面三轴惯性传感器因无需额外的驱动机制而使结构更加简化、工艺制备更加简便。
(2)本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器采用单质量块结构，所述质量块可以单独敏感面内水平直线运动或面内水平旋转角运动，也可以同时敏感面内水平直线运动和面内水平旋转角运动；
相比于多质量块结构的多轴惯性运动传感器，本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅包含一套质量块-悬臂梁***，同时实现加速度计和陀螺的功能，且总体结构简化，制备工艺简便。
(3)本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器利用制作在质量块外侧面和空腔内侧面的平面电极对构成平行板电容，感测面内水平直线运动的加速度和面内水平旋转运动的角速度；
相比于常规的梳齿式电容敏感结构，本发明中的感测电容的电极面积大，感测电容值动态范围大，感测精度高，且总体结构简化，制备工艺简便。
(4)本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器依据运动独立性原理，采用等效电容方法提取各个轴向惯性运动的加速度和角速度与相关底电容的电容值变化量之间的对应关系，分离各个轴向的直线加速运动和旋转角运动，实现所感测的平面三轴惯性运动的各个轴向运动量之间的解耦，提高各个轴向运动量的感测灵敏度和感测精度。
(5)本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器采用对称设置的组合S形悬臂梁结构，当由所述悬臂梁支撑的质量块敏感惯性运动时，易于产生面内径向偏移、横向偏移和旋转偏移而不易于产生面外垂直偏移和垂直旋转，即所述单质量平面三轴MEMS惯性传感器结构仅对面内水平直线加速运动以及面内旋转角运动敏感，而对面外垂直直线加速运动和面外垂直旋转角运动不敏感，可实现所述单质量平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内三轴惯性运动与非预期的面外惯性运动的解耦，提高各个轴向惯性量的感测灵敏度和感测精度。本发明可用于感测包括面内水平向前(或者向后)直线加速运动、面内水平向左(或者向右)直线加速运动和面内水平左旋(或者右旋)角运动的平面三轴惯性运动。
附图说明
图1为本发明的总体结构剖示图；
图2为本发明中的底板底面电极结构示意图；
图3为本发明中的底板顶面电极结构示意图；
图4为本发明中的空腔结构层底面示意图；
图5为本发明中的质量块与悬臂梁结构层底面示意图；
图6为本发明中的质量块与悬臂梁结构层顶面示意图；
图7为本发明中的顶板底面示意图；
图8为本发明中的顶板顶面电极结构示意图；
图9为本发明中的侧电容结构及分布示意图；
图中：1底板、11底板基板、12侧电容输出电极、13侧电容外电极下引出电极、14底板键合环、15底板金属通孔；
2空腔结构层、21空腔基板、22空腔、23侧电容外电极、24侧电容外电极上引出电极、25空腔基板底面键合环、26空腔基板顶面键合环；
3质量块与悬臂梁结构层、31质量块、32侧电容内电极、33侧电容内电极引出电极、34质量块金属通孔、35S形悬臂梁、351S形悬臂梁径向臂、352S形悬臂梁横向臂、353内侧径向支撑臂、354外侧径向支撑臂、36悬臂梁固支边框、37接地电极；
4顶板、41顶板基板、42顶板空腔、43接地引出电极、44接地输出电极、45顶板金属通孔；
5绝缘层；
6侧电容、61侧电容C1、62侧电容C2、63侧电容C3、64侧电容C4、65侧电容C5、66侧电容C6、67侧电容C7、68侧电容C8。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步说明。
结合图1至图8，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器包括底板1、空腔结构层2、质量块与悬臂梁结构层3、顶板4，上述各个结构层自下而上依次键合。
结合图1、图2和图3，所述底板1包括底板基板11、4组侧电容输出电极12、4组侧电容外电极下引出电极13、底板键合环14和8个底板金属通孔15。
所述底板基板11为正方形截面的基板；
所述4组侧电容输出电极位于底板基板底面四边且相对于底板基板底面中心对称分布，1组侧电容输出电极包含2个并列的侧电容输出电极12，各个侧电容输出电极为相同的矩形电极；
所述4组侧电容外电极下引出电极位于底板基板顶面且相对于底板基板顶面中心对称分布，1组侧电容外电极下引出电极包含2个并列的侧电容外电极下引出电极13，各个侧电容外电极下引出电极为同形的矩形电极；
各个侧电容输出电极(12)正对1个侧电容外电极下引出电极(13)；
所述8个底板金属通孔15贯穿底板基板，1个底板金属通孔对应连接1个侧电容输出电极和1个侧电容外电极下引出电极；
所述底板键合环14为内方外方的矩形环，位于底板基板顶面的四边并环绕4组侧电容外电极下引出电极。
结合图1和图4，所述空腔结构层2包括空腔基板21、空腔22、4组侧电容外电极23、4组侧电容外电极上引出电极24、空腔基板底面键合环25和空腔基板顶面键合环26；
所述空腔基板21为正方形外缘的厚基板；
所述空腔22为正八棱柱形，位于空腔基板中部且贯穿空腔基板；
所述4组侧电容外电极相间设置在空腔前后左右4个内侧面上，1组侧电容外电极包含2个并列的侧电容外电极23，各个侧电容外电极为同形的矩形电极，各个侧电容外电极的高度与空腔的高度相同，各组侧电容外电极中的2个侧电容外电极及其间隙的总宽度与质量块与悬臂梁结构层中的正八棱柱形质量块上的侧电容内电极的宽度相同；
所述4组侧电容外电极上引出电极位于空腔基板底面且分别正对4组侧电容外电极，1组侧电容外电极上引出电极包含2个并列的侧电容外电极上引出电极24，各个侧电容外电极上引出电极为同形的矩形电极，各个侧电容外电极上引出电极的内端与对应的侧电容外电极的下端相连接；
所述空腔基板底面键合环25为内方外方的矩形环，所述空腔基板底面键合环位于空腔基板底面四边且环绕4组侧电容外电极上引出电极。
所述空腔基板顶面键合环26为内方外方的矩形环，所述空腔基板顶面键合环环绕于空腔基板顶面的四边。
结合图1、图5和图6，所述质量块与悬臂梁结构层3包括正八棱柱形的质量块31、4个侧电容内电极32、侧电容内电极引出电极33、质量块金属通孔34、4个S形悬臂梁35、悬臂梁固支边框36和接地电极37；
所述质量块31为与空腔对应的正八棱柱形；
所述4个侧电容内电极32相间设置在质量块前后左右4个外侧面，所述各个侧电容内电极(32)的上端与各个S形悬臂梁(35)的下表面平齐；
所述侧电容内电极引出电极33覆盖于质量块的底面，所述侧电容内电极引出电极的外缘与各个侧电容内电极的下端相连；
所述质量块金属通孔34贯穿质量块中央，所述质量块金属通孔连接质量块底面的侧电容内电极引出电极与质量块顶面的接地电极；
所述1个S形悬臂梁包含若干个径向臂351和若干个横向臂352以及1个内侧径向支撑臂353和1个外侧径向支撑臂354，所述各个径向臂和各个横向臂具有相同的长度和相同的宽度，所述各个径向臂和各个横向臂的长度至少为其宽度的4倍，所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂具有相同的长度和相同的宽度，所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的长度不大于其宽度，所述各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的宽度不小于横向臂的长度的1/2，所述各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂具有相同的厚度，所述各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂的厚度至少是径向臂或横向臂的宽度的2倍；
所述各个S形悬臂梁中的内侧径向支撑臂、若干个横向臂、若干个径向臂、外侧径向支撑臂依次正交相连，其中各个横向臂和各个径向臂依次相间正交相连，各个S形悬臂梁通过其内侧径向支撑臂的内端相间连接于质量块前后左右四个侧面顶端的正中，各个S形悬臂梁通过其外侧径向支撑臂的外端相间连接于悬臂梁固定边框前后左右四个边内侧顶端的正中，各个S形悬臂梁的顶面与质量块的顶面和悬臂梁固定边框的顶面平齐。
所述悬臂梁固支边框36为内方外方形截面的中空框架；
所述接地电极37覆盖于质量块顶面、各个悬臂梁顶面和悬臂梁固支边框顶面。
结合图1、图7和图8，所述顶板4包括顶板基板41、顶板空腔42、接地引出电极43、4个接地输出电极44和4个顶板金属通孔45；
所述顶板基板41为正方形截面的基板；
所述顶板空腔42位于顶板基板底面的中部，所述顶板空腔的截面与悬臂梁固支边框中空部分的截面全等同形，所述顶板空腔的深度为顶板基板厚度的一半；
所述接地引出电极43覆盖顶板基板底面四边；
所述4个接地输出电极44位于顶板基板顶面且相对于其中心对称分布；
所述4个顶板金属通孔45贯穿顶板基板，所述4个顶板金属通孔对应连接顶板基板顶面的4个接地输出电极和顶板基板底面的接地引出电极。
结合图1，所述底板基板、空腔基板、悬臂梁固支边框和顶板基板具有相同边长的正方形外缘；
结合图1，所述底板键合环、空腔基板底面键合环、空腔基板顶面键合环、悬臂梁固支边框的底面和悬臂梁固支边框顶面与顶板基板底面的接地引出电极均全等同形；
结合图1，所述各个电极、各个键合环与所在基板之间、各个金属通孔与所贯穿基板之间由绝缘层5电隔离；
所述顶板1、空腔结构层2和底板4的基板材料均为硅单晶，制作质量块与悬臂梁结构层3的基板为SOI基板，所述各个电极、各个键合环和各个金属通孔的材料为金，所述绝缘层5的材料为二氧化硅或者氮化硅；
结合图1，所述空腔结构层2底面的空腔基板底面键合环25与底板1顶面的底板键合环15金金键合，所述悬臂梁固支边框36的底面与空腔结构层2顶面的空腔基板顶面键合环26金硅键合，各个悬臂梁悬置于空腔21之上并使质量块31悬置于空腔21之中，顶板4底面四边的接地引出电极43与悬臂梁固支边框36顶面的接地电极44金金键合，最终形成一个气密封闭结构。
结合图1和图9，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器结构中，质量块外侧面上的4个侧电容内电极与空腔内侧面上对应的4组侧电容外电极构成8个侧电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8。
所述8个侧电容中，C1和C2组成第一感测电容对、C3和C4组成第二感测电容对；C5和C6组成第三感测电容对，C7和C8组成第四感测电容对；
结合图1和图9，静态时，悬置于空腔内的质量块的底面与底板顶面以及质量块的顶面与顶板空腔的顶面保持初始间距，质量块的8个外侧面分别与空腔的8个内侧面平行、正对并等距，质量块外侧面上的4个侧电容内电极与对应的4组侧电容外电极平行、正对并保持相同的间隙宽度d0，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8具有相同的静态电容值C0，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8通过由各个侧电容输出电极与各个接地输出电极构成的8个侧电容输出端口输出相同的静态电容值信号。
结合图1和图9，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平向前(或者向后)直线加速运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平向后(或者向前)偏移，第一感测电容对C1和C2的外电极相对于其内电极作面内水平远离(或者接近)偏移，而第二感测电容对C3和C4的外电极相对于其内电极作面内水平接近(或者远离)偏移，C1、C2、C3和C4的内外电极交叠面积保持不变，而C1和C2的内外电极间隙宽度增大(或者减小)，C3和C4的内外电极间隙宽度减小(或者增大)，C1和C2的电容值随之减小(或者增大)，C3和C4的电容值随之增大(或者减小)，C1、C2、C3和C4的电容值变化量对应于其内外电极间隙宽度的变化量，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所作面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度。
而基于同一质量块与侧电容结构，C1和C2以及C3和C4的内外电极间隙宽度的变化反向同幅度，设C1和C2以及C3和C4的内外电极间隙宽度的变化量为△d，则C1和C2的内外电极间隙宽度由d0增大为d0+△d(或者减小为d0-△d)，而C3和C4的内外电极间隙宽度由d0相应减小为d0-△d(或者增大为d0+△d)，C1、C2、C3和C4的电容值由其静态电容值CO相应变化为：
Figure BDA0002397006480000141
(或者
Figure BDA0002397006480000142
)，
而
Figure BDA0002397006480000143
(或者
Figure BDA0002397006480000144
)，
则有：
Figure BDA0002397006480000145
(或者
Figure BDA0002397006480000146
)，
或者
Figure BDA0002397006480000147
(或者
Figure BDA0002397006480000148
)，
式中，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，S0为各个侧电容的内外电极交叠面积，ε为各个侧电容的内外电极间隙介质的介电常数。
据此，通过C1、C2、C3和C4的侧电容输出电极实测C1、C2、C3和C4的电容值变化量，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向前(或者向后)直线加速运动的加速度。
结合图1和图9，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平向左(或者向右)直线加速运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平向右(或者向左)偏移，第三感测电容对C5和C6的内电极相对于其外电极作面内水平远离(或者接近)偏移，而第四感测电容对C7和C8的内电极相对于其外电极作面内水平接近(或者远离)偏移，C5、C6、C7和C8的内外电极交叠面积保持不变，而C5和C6的内外电极间隙宽度增大(或者减小)，C7和C8的内外电极间隙宽度减小(或者增大)，C5和C6的电容值随之减小(或者增大)，C7和C8的电容值随之增大(或者减小)，C5、C6、C7和C8的电容值变化量对应于其内外电极间隙宽度的变化量即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度。
而基于同一质量块与侧电容结构，C5和C6以及C7和C8的内外电极间隙宽度的变化反向同幅度，设C5和C6以及C7和C8的内外电极间隙宽度的变化量为△d，则C5和C6的内外电极间隙宽度由d0增大为d0+△d(或者减小为d0-△d)，而C7和C8的内外电极间隙宽度由d0相应减小为d0-△d(或者增大为d0+△d)，C5、C6、C7和C8的电容值由其静态电容值CO相应变化为：
Figure BDA0002397006480000149
(或者
Figure BDA00023970064800001410
)，
而
Figure BDA00023970064800001411
(或者
Figure BDA00023970064800001412
)，
则有：
Figure BDA0002397006480000151
(或者
Figure BDA0002397006480000152
)，
或者
Figure BDA0002397006480000153
(或者
Figure BDA0002397006480000154
)，
式中，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，S0为各个侧电容的内外电极初始交叠面积，ε为各个侧电容的内外电极间隙介质的介电常数。
据此，通过C5、C6、C7和C8的侧电容输出电极实测C5、C6、C7和C8的电容值变化量，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向左(或者向右)直线加速运动的加速度。
结合图1和图9，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平左旋(或者右旋)角运动时，质量块因惯性相对于空腔产生面内水平右旋(或者左旋)偏转，基于同一侧电容结构，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的侧电容内电极相对于其侧电容外电极同时作同向同幅度的面内水平左旋(或者右旋)偏转，其中：
C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的外电极相对于其内电极作面内水平左旋(或者右旋)移出偏转，C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的内外电极交叠面积减小且内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减；
C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的外电极相对于其内电极作面内水平左旋(或者右旋)移入偏转，C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的内外电极交叠面积不变而内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减；
仅考虑C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的情况。
如上所述，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅敏感面内水平左旋(或者右旋)角运动时，C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的内外电极交叠面积不变而其内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减，各个侧电容由静态时内外电极相互平行的平行极板电容结构变化为内外电极交叠面积不变而其内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减的非平行极板电容结构；
C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的电容值随之发生变化，C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的电容值的变化量对应于其内外电极之间的相对倾斜角，即对应于其内外电极间隙宽度沿偏转方向的线性变化率，即对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
将所述非平行极板结构的C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)等效为具有与其静态时相同内外极板交叠面积的等值平行极板电容，而基于同一质量块与侧电容结构，C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)的内外电极之间的相对倾斜角同向同大小，设C2、C3、C6和C7(或者C1、C4、C5和C8)对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时的内外电极间隙宽度的变化量为Δd，则各个等效平行极板电容的间隙宽度均为d0+Δd(或者d0-Δd)，C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的电容值由其静态电容值CO对应变化为：
Figure BDA0002397006480000155
(或者
Figure BDA0002397006480000156
Figure BDA0002397006480000157
)，
或者
Figure BDA0002397006480000161
(或者
Figure BDA0002397006480000162
Figure BDA0002397006480000163
)，
则有：
Figure BDA0002397006480000164
(或者
Figure BDA0002397006480000165
Figure BDA0002397006480000166
)，
或者
Figure BDA0002397006480000167
(或者
Figure BDA0002397006480000168
Figure BDA0002397006480000169
)，
且有：
Figure BDA00023970064800001610
式中，φ为C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的内电极相对于其外电极的左旋(或者右旋)偏转角即所述单质量块平面三轴惯性传感器所敏感的面内水平左旋(或者右旋)角运动的角位移，a为各个侧电容外电极的宽度，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，S0为各个侧电容的内外电极初始交叠面积，ε为各个侧电容的内外电极间隙介质的介电常数。
据此，通过C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的侧电容输出电极实测C1、C4、C5和C8(或者C2、C3、C6和C7)的电容值变化量，可推计算所述单质量块平面三轴惯性传感所感测的面内水平左旋(或者右旋)角运动的角速度。
结合图1和图9，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平直线加速运动和面内水平角运动时，质量块因惯性相对于空腔同时产生面内水平偏移和面内水平偏转，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的外电极相对于其内电极同时作面内水平偏移和面内水平偏转，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的内外电极交叠面积和间隙宽度同时发生相应的变化，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的电容值随之发生变化。
不失一般性地，以所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动的情况为例说明如下：
上述三种惯性运动的共同作用使得质量块相对于空腔同时产生面内水平向后偏移、面内水平向右偏移和面内水平右旋偏转，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的外电极相对于其内电极同时作相应的面内水平偏移和面内水平偏转，其中：
C1的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前远离偏移、面内水平向左移出偏移和面内水平左旋移出偏转；
C2的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前远离偏移、面内水平向左移入偏移和面内水平左旋移入偏转；
C3的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前接近偏移、面内水平向左移出偏移和面内水平左旋移入偏转；
C4的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前接近偏移、面内水平向左移入偏移和面内水平左旋移出偏转；
C5的外电极相对于其内电极同时作面内水平向左远离偏移、面内水平向前移入偏移和面内水平左旋移出偏转；
C6的外电极相对于其内电极同时作面内水平向左远离偏移、面内水平向前移出偏移和面内水平左旋移入偏转；
C7的外电极相对于其内电极同时作面内水平向左接近偏移、面内水平向前移入偏移和面内水平左旋移出偏转；
C8的外电极相对于其内电极同时作面内水平向左接近偏移、面内水平向前移出偏移和面内水平左旋移入偏转。
为分析方便起见，仅对同作面内水平左旋移入偏转的C2、C3、C6和C7讨论如下：
根据运动独立性原理，所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动使C2、C3、C6和C7的外电极相对于其内电极同时所作面内水平向前偏移、面内水平向左偏移和面内水平左旋偏转可视为分别敏感的上述三种平面惯性运动使C2、C3、C6和C7的外电极相对于其内电极分别所作的面内水平向前偏移、面内水平向左偏移和面内水平左旋偏转的叠加，其中：
当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平向前直线加速运动时，C2的外电极相对于其内电极仅作面内水平向前远离偏移，C2的内外电极间隙宽度增大而其内外电极交叠面积保持不变，而C3的外电极相对于其内电极仅作面内水平向前接近偏移，C3的内外电极间隙宽度减小而其内外电极交叠面积保持不变，基于同一质量块与侧电容结构，C2和C3的内外电极间隙宽度的变化量反向同幅度，设此内外电极间隙宽度的变化量为△dx，其对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的的面内水平向前直线加速运动的加速度；
而基于同一侧电容结构，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器敏感面内水平向前直线加速运动时，C6的外电极相对于其内电极作面内水平向前移出偏移，C6的内外电极交叠面积减小而内外电极间隙宽度保持不变，且C6的外电极相对于其内电极所作面内水平向前移出偏移的位移量与C2、C3的外电极相对于其内电极所作面内水平向前远离(或者接近)偏移的位移量相同，将C6等效为具有与其静态时相同内外电极交叠面积的等值平行极板电容，设C6对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量为Δdy'，则有：
Figure BDA0002397006480000171
式中，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，a为各个侧电容的外电极宽度。
当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器单独敏感面内水平向左直线加速运动时，C6的外电极相对于其内电极仅作面内水平向左远离偏移，C6的内外电极间隙宽度增大而其内外电极交叠面积保持不变，而C7的外电极相对于其内电极仅作面内水平向左接近偏移，C7的内外电极间隙宽度减小而其内外电极交叠面积保持不变，基于同一质量块与侧电容结构，C6和C7的内外电极间隙宽度的变化量反向同幅度，设此内外电极间隙宽度的变化量为△dy，其对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平向左直线加速运动的加速度；
而基于同一侧电容结构，当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器敏感面内水平向左直线加速运动时，C3的外电极相对于其内电极作面内水平向左移出偏移，C3的内外电极交叠面积减小而内外电极间隙宽度保持不变，且C3的外电极相对于其内电极所作面内水平向左移出偏移的位移量与C6、C7的外电极相对于其内电极所作面内水平向左远离(或者接近)偏移的位移量相等，将C3等效为具有与其静态时相同内外极板交叠面积的等值平行极板电容，设C3对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量为Δdx'，则有：
Figure BDA0002397006480000181
式中，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，a为各个侧电容的外电极宽度。
当所述单质量块平面三轴惯性传感结构单独敏感面内水平左旋角运动时，C2、C3、C6和C7的外电极相对于其内电极仅作面内水平左旋移入偏转，C2、C3、C6和C7的内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减而其内外电极交叠面积保持不变，C2、C3、C6和C7由内外电极相互平行的平行极板电容结构变化为内外电极间隙宽度沿偏转方向线性递减而内外电极交叠面积保持不变的非平行极板电容结构，将此非平行极板结构的C2、C3、C6和C7等效为具有与其静态时相同内外极板交叠面积的等值平行极板电容，而基于同一质量块与侧电容结构，C2、C3、C6和C7的内外电极间隙宽度沿偏转方向线性变化率同向同幅度，即其等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量同向同幅度，设C2、C3、C6和C7对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量为△dz，其对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平左旋角运动的角速度；
而当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时敏感面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动时，C2、C3、C6和C7的外电极相对于其内电极同时作面内水平向前偏移、面内水平向左偏移和面内水平左旋偏转，C2、C3、C6和C7的内外电极交叠面积发生变化，其内外电极的间隙宽度发生变化且其内外电极的间隙宽度沿偏转方向线性变化，C2、C3、C6和C7由内外电极相互平行的平行极板电容结构变化为其交叠面积发生变化、其内外电极相互倾斜且间隙宽度线性变化的非平行极板电容结构，将此非平行极板结构的C2、C3、C6和C7分别等效为具有与其静态时相同内外极板交叠面积的等值平行极板电容，设C2、C3、C6和C7对应的等效平行极板电容的内外电极的间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量分别为△d2、△d3、△d6和△d7；
则依据运动独立性原理，△d2、△d3、△d6和△d7分别为所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平向前直线加速运动使C2、C3的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量△dx或者C6和C7对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于静态时内外电极间隙宽度dO的变化量Δdy'、所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平向左直线加速运动使C6和C7的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量△dy或者C2、C3对应的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于静态时内外电极间隙宽度dO的变化量Δdx'、所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平左旋角运动使C2、C3、C6和C7的等效平行极板电容的内外电极间隙宽度相对于其静态时内外电极间隙宽度dO的变化量△dz的代数和，即有：
Δd2＝Δdx+0+Δdz，其中
Figure BDA0002397006480000191
Δd3＝-Δdx+Δdx'+Δdz，其中
Figure BDA0002397006480000192
Δd6＝Δdy'+Δdy+Δdz，其中
Figure BDA0002397006480000193
Δd7＝0-Δdy+Δdz，其中
Figure BDA0002397006480000194
且有：
Figure BDA0002397006480000195
并有：
Figure BDA0002397006480000196
式中，φ为C2、C3、C6和C7的外电极相对于其内电极的左旋偏转角即所述单质量块平面三轴惯性传感所敏感的面内水平左旋角运动的角位移，d0为各个侧电容的内外电极初始间隙宽度，S0为各个侧电容的内外电极初始交叠面积，a为各个侧电容的外电极宽度，ε为各个侧电容的内外电极间隙介质的介电常数。
综上可得Δdx、Δdy、Δdz以及φ与C2、C3、C6和C7以及CO的关系，即可得对应于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所敏感的面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动使C2、C3、C6和C7的内外电极之间产生的面内水平偏移的偏移量和面内水平偏转的偏转量与C2、C3、C6和C7以及CO的关系，即可得所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平右旋角运动中三种平面惯性运动的加速度和角速度与C2、C3、C6和C7以及CO的关系。
据此，通过C2、C3、C6和C7的侧电容输出电极实测C2、C3、C6和C7的电容值变化量，可推算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平右旋角运动中三种平面惯性运动的加速度和角速度。
同理，对于所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平直线加速运动和面内水平旋转角运动的其它不同运动方向组合，可得类似于以上分析所得的相关侧电容的内外电极之间的面内水平偏移量和面内水平偏转量与各个侧电容的电容值变化量的关系，即可得所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平直线加速运动和面内水平旋转角运动的任一运动方向组合时三种平面惯性运动的加速度和角速度与相关侧电容的电容值变化量的关系。
据此，通过相关侧电容的侧电容输出电极实测各个侧电容的电容值变化量，可计算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时所敏感的面内水平直线加速运动和面内水平旋转角运动的任一运动方向组合时三种平面惯性运动的加速度和角速度。
基于以上分析，通过比较各个侧电容的实测电容值的大小，可以定性判别利用本发明的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器感测的平面惯性运动的运动类型和方向，具体方法如下：
当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器仅用于感测单一轴向的平面惯性运动时，
⑴若C1＝C2>C3＝C4，则所感测的平面惯性运动为面内水平向前直线加速运动；
⑵若C1＝C2<C3＝C4，则所感测的平面惯性运动为面内水平向后直线加速运动；
⑶若C5＝C6>C7＝C8，则所感测的平面惯性运动为面内水平向左直线加速运动；
⑷若C5＝C6<C7＝C8，则所感测的平面惯性运动为面内水平向右直线加速运动；
⑸若C1＝C5＝C4＝C8<C2＝C6＝C3＝C7，则所感测的平面惯性运动为面内水平左旋角运动；
⑹若C1＝C5＝C4＝C8>C2＝C6＝C3＝C7，则所感测的平面惯性运动为面内水平右旋角运动；
当所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器用于同时感测多个轴向的平面惯性运动时，
⑴若C1的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动；
⑵若C2的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向前直线加速运动、面内水平向右直线加速运动和面内水平右旋角运动；
⑶若C3的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向后直线加速运动、面内水平向右直线加速运动和面内水平右旋角运动；
⑷若C4的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向后直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平右旋角运动；
⑸若C5的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向后直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平左旋角运动；
⑹若C6的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向前直线加速运动、面内水平向左直线加速运动和面内水平右旋角运动；
⑺若C7的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向后直线加速运动、面内水平向右直线加速运动和面内水平右旋角运动；
⑻若C8的电容值为各个侧电容的实测电容值中的最小值，则所感测的平面惯性运动为同时所作的面内水平向前直线加速运动、面内水平向右直线加速运动和面内水平左旋角运动。
利用所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器感测面内直线加速运动和面内旋转角运动的方法，包括如下步骤：
⑴所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器设置于待感测的平面惯性运动***中的适当位置处；
⑵通过各个侧电容输出电极和接地输出电极连接微小电容检测电路；
⑶测量各个侧电容的静态电容值并作必要的校准；
⑷实测各个侧电容的输出电容值；
⑸根据前述所感测平面惯性运动的类型和方向的判别方法判定所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器同时或者分别感测的平面三轴惯性运动的加速度和/或角速度的方向。
⑹根据前述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内水平直线加速运动和面内水平旋转角运动使相关侧电容的内外电极之间产生的面内水平偏移的偏移量和面内水平偏转的偏转量与各个侧电容的电容值变化量的关系以及加速度和角速度的定义，计算所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内直线加速运动的加速度值和面内旋转角运动的角速度值。
优选的，所述各个侧电容的电容值变化量与所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内直线加速运动的加速度和面内旋转角运动的角速度的关系可通过测量获得“电容值变化量～加速度、角速度”校定表，并通过对校定表数据的拟合获得相应的校定函数或校定曲线的方法来确定；
或者，所述各个侧电容的电容值变化量与所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内直线加速运动的加速度值和面内旋转角运动得角速度值的关系可通过有限元模型计算的方法来确定；
或者，所述各个侧电容的电容值变化量与所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器所感测的面内直线加速运动的加速度值和面内旋转角运动得角速度值的关系可通过有限元软件仿真模拟的方法来确定。
制备所述单质量块平面三轴MEMS惯性传感器的方法，包括如下步骤：
1、制作底板；
(1-1)硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的二氧化硅层；
(1-2)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(1-3)湿法腐蚀，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的二氧化硅层，去胶；
(1-4)干法刻蚀，形成穿通基板的硅通孔，去胶，去除基板顶面二氧化硅层；
(1-5)上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面和硅通孔内壁的二氧化硅层；
(1-6)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(1-7)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个底板金属通孔；
(1-8)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(1-9)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(1-10)去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极下引出电极和底板键合环；
(1-11)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(1-12)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(1-13)去胶，连同去除覆盖在侧电容输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容输出电极，完成底板的制作；
2、制作空腔结构层；
(2-1)硅单晶厚基板底面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板底面的二氧化硅层；
(2-2)硅单晶厚基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(2-3)湿法腐蚀，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的二氧化硅层；
(2-4)干法刻蚀，形成穿通基板的侧电容外电极沟槽，去胶，去除基板底面二氧化硅层；
(2-5)上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及侧电容外电极沟槽内壁的二氧化硅层；
(2-6)在上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容外电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
(2-7)磁控溅射钛，覆盖侧电容外电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容外电极沟槽，去胶，得到各个侧电容外电极；
(2-8)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(2-9)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(2-10)去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环；
(2-11)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔基板顶面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
(2-12)磁控溅射，依次覆盖钛膜、金膜和钛膜；
(2-13)去胶，连同去除覆盖在空腔基板顶面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金-钛膜，得到空腔基板顶面键合环；
(2-14)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔所在区域的光刻胶胶膜；
(2-15)干法刻蚀，依次去除空腔所在区域的基板顶面二氧化硅层、硅单晶层和基板底面二氧化硅层，形成穿通基板的空腔，并使空腔侧面的侧电容外电极裸露，完成空腔结构层的制作；
3、制作质量块与悬臂梁结构层；
(3-1)准备SOI基板，所述SOI基板自上而下依次为硅单晶表面层、埋氧层和硅单晶支撑层；
(3-2)所述基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的二氧化硅层；
(3-3)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(3-4)湿法腐蚀，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的二氧化硅层，去胶；
(3-5)干法刻蚀，形成穿通SOI基板的硅通孔，去胶，去顶面二氧化硅层；
(3-6)上述SOI基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖SOI基板顶面、SOI基板底面以及硅通孔内壁的二氧化硅层；
(3-7)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(3-8)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到质量块金属通孔；
(3-9)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地电极所在区域的光刻胶胶膜；
(3-10)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(3-11)去胶，连同去除覆盖在接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地电极；
(3-12)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(3-13)湿法刻蚀，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的SOI基板底面二氧化硅层；
(3-14)干法刻蚀，去除待制侧电容内电极所在区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，得到侧电容内电极沟槽，去胶；
(3-15)热氧化或者LPCVD，在上述侧电容内电极沟槽内壁覆盖二氧化硅层；
(3-16)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
(3-17)磁控溅射钛，覆盖侧电容内电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容内电极沟槽，去胶，得到各个侧电容内电极；
(3-18)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(3-19)磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
(3-20)去胶，连同去除覆盖在侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到侧电容内电极引出电极；
(3-21)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
(3-22)湿法刻蚀，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的SOI基板底面二氧化硅层；
(3-23)干法刻蚀，去除待制质量块所在区域以外的SOI基板硅单晶支撑层，止于与待制悬臂梁固支边框的底面对应的位置，去胶，去除基板底面二氧化硅层；
(3-24)LPCVD，在上述SOI基板底面覆盖二氧化硅层；
(3-25)上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的光刻胶胶膜；
(3-26)湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的二氧化硅层；
(3-27)干法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，使质量块侧面的各个侧电容内电极裸露，得到质量块下部结构，去胶；
(3-28)湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板埋氧层以及质量块底面、质量块侧面和悬臂梁固支边框底面的二氧化硅层，形成各个悬臂梁的底面和悬臂梁固支边框的底面；
(3-29)上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除步骤(3-9)～(3-11)所得接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
(3-30)干法刻蚀，依次去除接地电极所在区域以外的SOI基板顶面二氧化硅层和SOI基板硅单晶表面层，去胶，得到质量块、各个悬臂梁和悬臂梁固支边框，完成质量块与悬臂梁结构层的制作；
4、制作顶板；
(4-1)硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的二氧化硅层；
(4-2)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
(4-3)湿法腐蚀，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的二氧化硅层，去胶；
(4-4)干法刻蚀，形成硅通孔，去胶，去除基板顶面二氧化硅层；
(4-5)双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及硅通孔内壁的二氧化硅层；
(4-6)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
(4-7)磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个顶板金属通孔；
(4-8)上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(4-9)磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
(4-10)去胶，连同去除覆盖在接地输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个接地输出电极；
(4-11)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
(4-12)磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
(4-13)去胶，连同去除覆盖在接地引出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地引出电极；
(4-14)上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板空腔所在区域的光刻胶胶膜；
(4-15)湿法刻蚀，去除待制顶板空腔所在区域的二氧化硅层；
(4-16)干法刻蚀，去除上述基板底面待制顶板空腔所在区域的硅单晶层，止于基板厚度一半的位置，得到顶板空腔，完成顶板的制作；
5、结构层键合；
(5-1)将空腔结构层顶面的空腔基板顶面键合环与悬臂梁固支边框底面对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成空腔结构层与质量块与悬臂梁结构层的金硅键合；
(5-2)将底板顶面的底板键合环和各个侧电容外电极上引出电极分别与空腔结构层底面的空腔基板顶面键合环和各个侧电容外电极下引出电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成底板与空腔结构层的金金键合；
(5-3)将顶板底面的接地引出电极与悬臂梁固支边框顶面的接地电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成顶板和悬臂梁固支边框的金金键合。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，包括自下而上依次键合的底板（1）、空腔结构层（2）、质量块与悬臂梁结构层（3）、顶板（4）；
所述底板（1）包括底板基板（11）、底板基板底面四边相对于其中心对称分布的4组侧电容输出电极（12）、底板基板顶面相对于其中心对称分布的4组侧电容外电极下引出电极（13）、底板基板顶面四边环绕4组侧电容外电极下引出电极（13）的底板键合环（14）和8个贯穿底板基板的底板金属通孔（15）；
所述空腔结构层（2）包括空腔基板（21）、贯穿空腔基板中部的正八棱柱形空腔（22）、相间设置在空腔（22）前后左右4个内侧面上的4组侧电容外电极（23）、空腔基板底面正对4组侧电容外电极的4组侧电容外电极上引出电极（24）、空腔基板底面四边环绕4组侧电容外电极上引出电极（24）的空腔基板底面键合环（25）和环绕于空腔基板顶面四边的空腔基板顶面键合环（26）；
所述质量块与悬臂梁结构层（3）包括正八棱柱形的质量块（31）、相间覆盖在质量块前后左右4个侧面的4个侧电容内电极（32）、覆盖在质量块底面的侧电容内电极引出电极（33）、贯穿质量块中央的质量块金属通孔（34）、4个S形悬臂梁（35）、悬臂梁固支边框（36）和覆盖质量块顶面、各个悬臂梁顶面和悬臂梁固支边框顶面的接地电极（37）；
所述顶板（4）包括顶板基板（41）、顶板基板底面中部的顶板空腔（42）、覆盖顶板基板底面四边的接地引出电极（43）、顶板基板顶面四边相对于其中心对称分布的4个接地输出电极（44）和4个贯穿顶板基板的顶板金属通孔（45）；
所述空腔结构层（2）底面的空腔基板底面键合环（25）与底板（1）顶面的底板键合环（14）金金键合；所述悬臂梁固支边框（36）的底面与空腔结构层（2）顶面的空腔基板顶面键合环（26）金硅键合，各个悬臂梁悬置于空腔（22）之上并使质量块（31）悬置于空腔（22）之中；所述顶板（4）底面的接地引出电极（43）与悬臂梁固支边框（36）顶面的接地电极（37）金金键合，最终形成一个气密封闭结构。
2.根据权利要求1所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述底板基板（11）为正方形截面的基板，相应地，底板键合环（14）为内方外方截面的矩形环；
各组侧电容输出电极均包含2个并列的侧电容输出电极（12），各个侧电容输出电极（12）为同形的矩形电极；
各组侧电容外电极下引出电极均包含2个并列的侧电容外电极下引出电极（13），各个侧电容外电极下引出电极（13）为同形的矩形电极；
各个侧电容输出电极（12）正对1个侧电容外电极下引出电极（13）并由1个底板金属通孔（15）相连接。
3.根据权利要求1所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述空腔基板（21）为正方形外缘的厚基板，相应地，所述空腔基板底面键合环（25）和空腔基板顶面键合环（26）均为内方外方截面的矩形环；
各组侧电容外电极均包含2个并列的侧电容外电极（23），各个侧电容外电极（23）为同形的矩形电极，各个侧电容外电极（23）的高度与空腔（22）的高度相同，各组侧电容外电极中的2个侧电容外电极（23）及其间隙的总宽度与质量块与悬臂梁结构层（3）中的正八棱柱形质量块（31）上的侧电容内电极（32）的宽度相同；
各组侧电容外电极上引出电极均包含2个并列的侧电容外电极上引出电极（24），各个侧电容外电极上引出电极（24）为同形的矩形电极，所述各个侧电容外电极上引出电极（24）的内端与对应的侧电容外电极（23）的下端相连接。
4.根据权利要求3所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述各个侧电容内电极（32）的上端与各个S形悬臂梁（35）的下表面平齐，所述各个侧电容内电极（32）的下端与侧电容内电极引出电极（33）的外缘相连，所述质量块金属通孔（34）连接质量块底面的侧电容内电极引出电极（33）和质量块顶面的接地电极（37）；
所述悬臂梁固支边框（36）为内方外方形的中空框架；
各个S形悬臂梁（35）均包含若干个径向臂（351）、若干个横向臂（352）、1个内侧径向支撑臂（353）和1个外侧径向支撑臂（354）；各个径向臂和各个横向臂具有相同的长度和相同的宽度，各个径向臂和各个横向臂的长度至少为其宽度的4倍；各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂具有相同的长度和相同的宽度，各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的长度不大于其宽度，各个内侧径向支撑臂和各个外侧径向支撑臂的宽度不小于横向臂的长度的1/2；各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂具有相同的厚度，各个径向臂、横向臂、内侧径向支撑臂、外侧径向支撑臂的厚度至少是径向臂或横向臂的宽度的2倍；
各个S形悬臂梁中的内侧径向支撑臂、若干个横向臂、若干个径向臂、外侧径向支撑臂依次正交相连，其中各个横向臂和各个径向臂依次相间正交相连，所述各个S形悬臂梁通过其内侧径向支撑臂的内端相间连接于质量块前后左右四个侧面顶端的正中，所述各个S形悬臂梁通过其外侧径向支撑臂的外端相间连接于悬臂梁固支边框前后左右四个边内侧顶端的正中，各个S形悬臂梁的顶面与质量块的顶面和悬臂梁固支边框的顶面平齐。
5.根据权利要求1所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述顶板基板（41）为正方形外缘的基板，相应地，顶板基板底面四边的接地引出电极（43）为内方外方截面的矩形环；
所述顶板空腔（42）的截面与悬臂梁固支边框（36）中空部分的截面全等同形，所述顶板空腔（42）的深度为顶板基板（41）厚度的一半；
各个接地输出电极（44）为同形的矩形电极，所述4个顶板金属通孔（45）分别连接4个接地输出电极（44）与接地引出电极（43）。
6.根据权利要求1所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述底板基板（11）、空腔基板（21）、悬臂梁固支边框（36）和顶板基板（41）具有相同边长的正方形外缘；
所述底板键合环（14）、空腔基板底面键合环（25）、空腔基板顶面键合环（26）、悬臂梁固支边框（36）的底面和悬臂梁固支边框（36）顶面顶板基板（41）底面的接地引出电极（43）全等同形；
各个电极、各个键合环与所在基板之间、各个金属通孔与所贯穿基板之间由绝缘层（5）电隔离；
所述顶板（1）、空腔结构层（2）和底板（4）的基板材料为硅单晶，制作质量块与悬臂梁结构层（3）的基板为SOI基板，各个电极、各个键合环和各个金属通孔的材料为金，所述绝缘层（5）的材料为二氧化硅或者氮化硅。
7.根据权利要求2所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，所述质量块悬置于空腔内，所述质量块外侧面与空腔内侧面的间隙为质量块相对于空腔作面内水平前后偏移、面内水平左右偏移、面内水平左右旋转的空间；
所述4个侧电容内电极与相对的8个侧电容外电极构成8个侧电容（6），其中位于质量块前侧的两个侧电容（61、62）组成第一感测电容对，位于质量块后侧的两个侧电容（63、64）组成第二感测电容对，位于质量块左侧的两个侧电容（65、66）组成第三感测电容对，位于质量块右侧的两个侧电容（67、68）组成第四感测电容对。
8.根据权利要求1所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，静态时，悬置于空腔内的质量块的8个外侧面分别与其相对的8个空腔内侧面平行、正对且保持相等的间距，质量块的底面与底板的顶面以及质量块的顶面与顶板空腔的顶面平行且保持初始间距；
相应地，质量块外侧面上的4个侧电容内电极分别与相对的4组侧电容外电极平行、正对且保持相同的间隙宽度，构成8个侧电容的静态绝缘间隙，8个侧电容具有相同的静态电容值，由各个侧电容输出电极与各个接地输出电极构成的8个侧电容输出端口输出相同的静态电容值信号。
9.根据权利要求4所述的单质量块平面三轴MEMS惯性传感器，其特征在于，4个对称分布的S形悬臂梁支撑质量块，各个S形悬臂梁悬置于空腔之上并使质量块悬置于空腔之中，其中：
各个S形悬臂梁的径向臂和横向臂均为长度相同的长且窄的厚梁，易于产生面内径向形变和面内横向形变而不易产生面外弯曲形变；
各个S形悬臂梁的内侧径向支撑臂和外侧径向支撑臂均为短且宽的厚梁，不易产生面内弯曲形变和面外弯曲形变。
10.一种如权利要求1所述惯性传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1、制作底板；
（1-1）硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
（1-2）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
（1-3）湿法腐蚀，去除待制底板金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
（1-4）干法刻蚀，形成穿通基板的硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
（1-5）上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面和硅通孔内壁的氧化绝缘层；
（1-6）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
（1-7）磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个底板金属通孔；
（1-8）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域的光刻胶胶膜；
（1-9）磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
（1-10）去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极下引出电极和底板键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极下引出电极和底板键合环；
（1-11）上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
（1-12）磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
（1-13）去胶，连同去除覆盖在侧电容输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容输出电极，完成底板的制作；
2、制作空腔结构层；
（2-1）硅单晶厚基板底面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板底面的氧化绝缘层；
（2-2）硅单晶厚基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
（2-3）湿法腐蚀，去除待制侧电容外电极的端面所在区域的氧化绝缘层；
（2-4）干法刻蚀，形成穿通基板的侧电容外电极沟槽，去胶，去除基板底面氧化绝缘层；
（2-5）上述基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及侧电容外电极沟槽内壁的氧化绝缘层；
（2-6）在上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容外电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
（2-7）磁控溅射钛，覆盖侧电容外电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容外电极沟槽，去胶，得到各个侧电容外电极；
（2-8）上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
（2-9）磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
（2-10）去胶，连同去除覆盖在侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个侧电容外电极上引出电极和空腔基板底面键合环；
（2-11）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔基板顶面键合环所在区域的光刻胶胶膜；
（2-12）磁控溅射，依次覆盖钛膜、金膜和钛膜；
（2-13）去胶，连同去除覆盖在空腔基板顶面键合环所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金-钛膜，得到空腔基板顶面键合环；
（2-14）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制空腔所在区域的光刻胶胶膜；
（2-15）干法刻蚀，依次去除空腔所在区域的基板顶面氧化绝缘层、硅单晶层和基板底面氧化绝缘层，形成穿通基板的空腔，并使空腔侧面的侧电容外电极裸露，完成空腔结构层的制作；
3、制作质量块与悬臂梁结构层；
（3-1）准备SOI基板，所述SOI基板自上而下依次为硅单晶表面层、埋氧层和硅单晶支撑层；
（3-2）所述基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
（3-3）上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
（3-4）湿法腐蚀，去除待制质量块金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
（3-5）干法刻蚀，形成穿通SOI基板的硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
（3-6）上述SOI基板双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖SOI基板顶面、SOI基板底面以及硅通孔内壁的氧化绝缘层；
（3-7）上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
（3-8）磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到质量块金属通孔；
（3-9）上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地电极所在区域的光刻胶胶膜；
（3-10）磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
（3-11）去胶，连同去除覆盖在接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地电极；
（3-12）上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的光刻胶胶膜；
（3-13）湿法刻蚀，去除待制侧电容内电极的端面所在区域的SOI基板底面氧化绝缘层；
（3-14）干法刻蚀，去除待制侧电容内电极所在区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，得到侧电容内电极沟槽，去胶；
（3-15）热氧化或者LPCVD，在上述侧电容内电极沟槽内壁覆盖氧化绝缘层；
（3-16）上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极沟槽所在区域的光刻胶胶膜；
（3-17）磁控溅射钛，覆盖侧电容内电极沟槽内壁，再磁控溅射金，填充侧电容内电极沟槽，去胶，得到各个侧电容内电极；
（3-18）上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除侧电容内电极引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
（3-19）磁控溅射，依次覆盖钛膜和金膜；
（3-20）去胶，连同去除覆盖在侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到侧电容内电极引出电极；
（3-21）上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
（3-22）湿法刻蚀，去除待制质量块底面侧电容内电极引出电极所在区域以外的SOI基板底面氧化绝缘层；
（3-23）干法刻蚀，去除待制质量块所在区域以外的SOI基板硅单晶支撑层，止于与待制悬臂梁固支边框的底面对应的位置，去胶，去除基板底面氧化绝缘层；
（3-24）LPCVD，在上述SOI基板底面覆盖氧化绝缘层；
（3-25）上述SOI基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的光刻胶胶膜；
（3-26）湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的氧化绝缘层；
（3-27）干法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板硅单晶支撑层，止于SOI基板埋氧层，使质量块侧面的各个侧电容内电极裸露，得到质量块下部结构，去胶；
（3-28）湿法刻蚀，去除待制质量块与待制悬臂梁固支边框之间区域的SOI基板埋氧层以及质量块底面、质量块侧面和悬臂梁固支边框底面的氧化绝缘层，形成各个悬臂梁的底面和悬臂梁固支边框的底面；
（3-29）上述SOI基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除步骤（3-9）～（3-11）所得接地电极所在区域以外的光刻胶胶膜；
（3-30）干法刻蚀，依次去除接地电极所在区域以外的SOI基板顶面氧化绝缘层和SOI基板硅单晶表面层，去胶，得到质量块、各个悬臂梁和悬臂梁固支边框，完成质量块与悬臂梁结构层的制作；
4、制作顶板；
（4-1）硅单晶基板顶面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面的氧化绝缘层；
（4-2）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的光刻胶胶膜；
（4-3）湿法腐蚀，去除待制顶板金属通孔的端面所在区域的氧化绝缘层，去胶；
（4-4）干法刻蚀，形成硅通孔，去胶，去除基板顶面氧化绝缘层；
（4-5）双面热氧化或者LPCVD，形成覆盖基板顶面、基板底面以及硅通孔内壁的氧化绝缘层；
（4-6）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除上述硅通孔所在区域的光刻胶胶膜；
（4-7）磁控溅射，在上述硅通孔内壁依次覆盖钛膜和金膜，去胶，得到各个顶板金属通孔；
（4-8）上述基板顶面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地输出电极所在区域的光刻胶胶膜；
（4-9）磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
（4-10）去胶，连同去除覆盖在接地输出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到各个接地输出电极；
（4-11）上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制接地引出电极所在区域的光刻胶胶膜；
（4-12）磁控溅射，覆盖钛膜和金膜；
（4-13）去胶，连同去除覆盖在接地引出电极所在区域以外光刻胶胶膜上的钛-金膜，得到接地引出电极；
（4-14）上述基板底面涂覆光刻胶，曝光显影，去除待制顶板空腔所在区域的光刻胶胶膜；
（4-15）湿法刻蚀，去除待制顶板空腔所在区域的氧化绝缘层；
（4-16）干法刻蚀，去除上述基板底面待制顶板空腔所在区域的硅单晶层，止于基板厚度一半的位置，得到顶板空腔，完成顶板的制作；
5、结构层键合；
（5-1）将空腔结构层顶面的空腔基板顶面键合环与悬臂梁固支边框底面对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成空腔结构层与质量块与悬臂梁结构层的金硅键合；
（5-2）将底板顶面的底板键合环和各个侧电容外电极下引出电极分别与空腔结构层底面的空腔基板底面键合环和各个侧电容外电极上引出电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成底板与空腔结构层的金金键合；
（5-3）将顶板底面的接地引出电极与悬臂梁固支边框顶面的接地电极对准贴合，置入键合机中，从室温升温至设定的键合温度，在设定的键合压力下保持设定的键合时间，再自然降温至室温，完成顶板和悬臂梁固支边框的金金键合。
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