TW201437607A - 使用滑移平面接近開關之慣性感測器 - Google Patents

使用滑移平面接近開關之慣性感測器 Download PDF

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Abstract

一種時域慣性感測器包含：一支撐結構，具有一電極平面，平行於一x-y-z相互正交座標系統的一x-y平面，其中支撐結構的最大維度位於x-y平面內；一保證質量，具有平行於x-y平面的一第一表面；其中保證質量係彈性地耦接至支撐結構，使得第一表面被一間隙與電極平面隔開；一驅動器，配置以驅動保證質量以大約只在x方向上相對於支撐結構振盪，使得間隙在振盪時不會顯著變化；及一第一時域接近開關，設置以每當保證質量在相對於支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。

Description

使用滑移平面接近開關之慣性感測器 [優先權]
本申請書主張對共同擁有且同時待決之申請於2013/3/20之標題為「INERTIAL SENSOR USING SLIDING PLANE PROXIMITY SWITCHES」(海軍案件#101875)的美國申請書第13/847,539號的優先權，其為申請於2011/6/24之標題為「Apparatus and Methods for Time Domain Measurement of Oscillation Perturbations」(海軍案件#100809)的美國申請書第13/168,603號的部分連續案，於此藉由參考全部來合併其內容。
[聯邦政府贊助的研究與發展]
本申請書轉讓給美國政府且可用於授權以供商業用途。授權和技術查詢可受控於研究和技術應用局、空間和海軍戰爭系統中心、太平洋、代碼72120，聖地牙哥，CA，92152；語音(619)553-5118；[email protected]。 參考海軍案件編號101875。
本發明係關於一種使用滑移平面接近開關之慣性感測器。
本揭露關於時域慣性感測器之領域。時域慣性感測器的一個實例是加速度計，其中藉由測量和諧振盪的保證質量通過預定參考位置的次數，能判定慣性加速度。
在本揭露之第一種態樣中，揭露一種時域慣性感測器。在一個實施例中，感測器包括一支撐結構，包含一電極平面，其係平行於一x-y-z相互正交座標系統的一x-y平面，支撐結構特徵在於位於x-y平面內的一最大維度；及一保證質量，包含一第一表面，其係平行於x-y平面。在一種變化中，保證質量係彈性地耦接至支撐結構，使得第一表面被一間隙與電極平面隔開，且感測器更包括一驅動器，配置以驅動保證質量以大約只在x方向上相對於支撐結構振盪，使得間隙在振盪期間不會顯著變化；及一第一時域接近開關，配置以當保證質量在相對於支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
在另一實施例中，感測器包括一支撐結構，具有一上表面，平行於一x-y-z相互正交座標系統的一x- y平面；一保證質量，彈性地耦接至支撐結構，使得保證質量係配置以實質上只在x-y平面上振盪；一驅動器，配置以驅動保證質量以和諧地相對於支撐結構振盪；及複數個接近開關，可操作地耦接至支撐結構且耦接至保證質量之複數個各自部分，使得每個接近開關係配置以當保證質量之每個對應各自部分在支撐結構的一部分下方通過時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
在另一實施例中，感測器包括一結構，包含一電極平面，其係平行於一相互正交座標系統的一第一平面，結構特徵在於位於第一平面內的一最大維度；一保證質量，包含一第一表面，其實質上係平行於第一平面，保證質量係彈性地耦接至支撐結構，使得第一表面被一間隙與電極平面隔開；一驅動器，配置以驅動保證質量以大約只在一第一方向上相對於支撐結構振盪，使得間隙在振盪期間不會顯著變化；及一第一時域接近開關，配置以當保證質量在相對於支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
在另一種態樣中，揭露一種感測慣性的方法。在一個實施例中，方法包括驅動一保證質量只在一第一維度上相對於一支撐結構振盪，使得在一第二正交維度上的保證質量與支撐結構之間的一間隙在振盪期間不會顯著變化；及當保證質量在相對於支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
10‧‧‧慣性感測器
12‧‧‧支撐結構
14‧‧‧保證質量
16‧‧‧驅動器
18‧‧‧第一接近開關
20‧‧‧電極平面
22‧‧‧第一表面
24‧‧‧間隙
26‧‧‧特徵
28‧‧‧穿隧尖端
30‧‧‧第一半
32‧‧‧第二半
34‧‧‧矽晶圓
36‧‧‧氧化層
38‧‧‧圖案
40‧‧‧鎢層
42‧‧‧銅電鍍
44‧‧‧基底
46‧‧‧頸部
48‧‧‧第一自由端
50‧‧‧第二自由端
52‧‧‧第一複數個接近開關
54‧‧‧第二複數個接近開關
56‧‧‧第三複數個接近開關
58‧‧‧虛線框
60‧‧‧細線
62‧‧‧雙箭頭
64‧‧‧電極
66‧‧‧上晶圓
68‧‧‧線痕跡
70‧‧‧下晶圓
在整篇的數個圖中，使用相同參考數字來指相同元件。圖中的元件沒有按比例繪製且為了清楚而放大一些維度。
第1圖係時域慣性感測器之實施例的前視圖。
第2圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第3圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第4A圖係時域慣性感測器之製造步驟的透視圖。
第4B圖係時域慣性感測器之製造步驟的透視圖。
第5A圖係時域慣性感測器之製造步驟的透視圖。
第5B圖係時域慣性感測器之製造步驟的透視圖。
第6A圖係時域慣性感測器之製造步驟的透視圖。
第6B圖係時域慣性感測器之製造步驟的下視圖。
第7圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第8A圖係時域慣性感測器之實施例的上視圖。
第8B圖係時域慣性感測器之實施例的下視圖。
第9A圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第9B圖係第9A圖所示之時域慣性感測器之部分的放大透視圖。
第10圖係第9A圖所示之時域慣性感測器之部分的放大透視圖。
第11圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第12圖係顯示保持在正好通過保持在接地之高而窄的懸臂梁(矩形)上方之固定電壓的方線之二維(2D)剖面的一系列圖。
第13A圖係以微微法拉(pF)為單位的電容式接近開關之估計電容圖作為第11圖所示之懸臂梁與細線之間的相對位移之函數。
第13B圖係顯示以每微米(μm)微微法拉(pF)為單位的估計電容變化圖作為懸臂梁與線之間的相對位移之函數。
第13C圖係顯示繪製之以微安培(μA)為單位之電容式開關中引起的電流i對比以微秒(μs)為單位之時間的圖。
第14A圖係時域慣性感測器之實施例的透視圖。
第14B圖係第14A圖所示之時域慣性感測器之部分的放大透視圖。
第1圖係時域慣性感測器10之廣義圖的前視圖，其包含支撐結構12、保證質量14、驅動器16(顯示於第2圖中)、及第一時域接近開關18。支撐結構12有平行於x-y-z相互正交座標系統之x-y平面的電極平面20。支撐結構12的最大維度位於x-y平面內。保證質量14具有平行於x-y平面的第一表面22，且保證質量14係彈性地耦接至支撐結構12，使得第一表面22被間隙24與電極平面20隔開。驅動器16係配置以驅動保證質量14以大約只在x方向上相對於支撐結構12振盪，使得在振盪時間隙24不會顯著變化。第一接近開關18係設置以每當保證質量14在相對於支撐結構的第一參考位置時從打開狀態切換至關閉狀態。例如，在第1圖所示之感測器10的實施例中，第一接近開關18可配置以每當保證質量14在支撐結構12之特徵26下方通過時切換至關閉狀態，其中特徵26的底部定義出電極平面20。
可以任何規模來製造慣性感測器10。例如，在一個實施例中，慣性感測器10可單晶整合至微機電系統(MEMS)裝置中。可在任何方向上使用慣性感測器 10。雖然x-y-z座標系統在圖中描繪出且在本文中被參考，但將了解如本文所使用的第一、第二、和第三方向/軸可對應於在任何三維座標系統中的任何三個相互正交的方向/軸。
支撐結構12可為任何大小和形狀，且可由能夠對慣性感測器10提供牢固支撐的任何材料製成，使得支撐結構12當受到慣性感測器10的橫向和旋轉加速度時不會顯著彎曲及/或變形。
保證質量14可以是能夠彈性地耦接至支撐結構12的任何質量，使得保證質量14回應於慣性感測器10的橫向及/或旋轉加速度而移動。保證質量14的適當實例包括，但不限於單晶整合至支撐結構12中的懸臂，如第2圖所示。
驅動器16各可以是能夠使保證質量14在相對於支撐結構12的x方向上以任何期望頻率來振盪的設備。驅動器16的適當實例包括，但不限於如靜電梳狀驅動器(如描繪於第2圖中)的可變區域致動器、如平行板致動器的可變間隙致動器、及其他電磁或壓電式致動機制。保證質量14可使用連續振盪力或藉由與保證質量之和諧共振同相的週期「δ函數」力來驅動。
第一接近開關18可以是能夠產生對應於保證質量14相對於支撐結構12的各種位置之數位信號的任何設備。換言之，第一接近開關18可以是能夠基於保證質量14相對於支撐結構12的位置變化來受到狀態變化的任 何裝置。第一接近開關18的適當實例包括，但不限於電子穿隧開關、電容式開關、光學快門開關、及磁性開關。第一接近開關18的目的係用以定位出附接於第一接近開關18之保證質量14之部分相對於支撐結構12的位置，以便能進行準確之無關於加速度的相位測量，藉此提高鎖相迴圈閉合的穩定性且降低慣性感測器10的整體相位雜訊和抖動。
第2圖係慣性感測器10之實施例的透視圖。在本實施例中，支撐結構12和保證質量14是單晶整合的。也在本實施例所示，第一接近開關18是一電子穿隧尖端開關，包含牢固地附接於電極平面20上的支撐結構12之穿隧尖端28，使得當保證質量14的自由端和穿隧尖端28在z方向上對準時，在第一表面22與穿隧尖端28之間發生穿隧。穿隧尖端28可在Z方向上被充分地電鍍以使其能在保證質量14振盪所遍及的區域上方自行支撐。
第3圖係慣性感測器10之實施例的透視圖，其中第一接近開關18是一電容式開關。在本實施例中，保證質量14當作第一接近開關18的第一半30，且接近開關18的第二半32係安裝於支撐結構12上。在本實施例中，第一接近開關18的關閉狀態發生於保證質量14位置，其中在第一半和第二半30和32之間有峰值電容。支撐結構12可包含一蓋晶圓且接近開關18的第二半32可附接於蓋晶圓。
第4A圖至第7圖繪示慣性感測器10之加速度計實施例的示範製造步驟。示範程序開始於雙拋光的0.4矽晶圓34。接著，一個微米熱氧化層36可設置於矽晶圓34的頂部和底部上，如第4A圖之透視圖所示。然後，可在上氧化層36中蝕刻圖案38，如第4B圖所示。之後，可在上氧化層36上沉積30nm的鎢層40，如第5A圖所示。接著，在10微米銅電鍍42之後可使用相同光阻遮罩在鎢層40上沉積100nm的銅剝離，如第5B圖所示。然後，可移除鎢層40的暴露部分，如第6A圖所示。接下來，第6B圖繪示如何可圖案化(前後對準)後氧化層36、如何可一路貫穿地深蝕刻矽基板晶圓34、及如何可移除鎢層40的任何暴露部分。在第6B圖中，保證質量14的底部現在與數個穿隧尖端28的底部一樣是可見的。慣性感測器10之最終加速度計實施例的透視圖係顯示於第7圖。在本實施例中，懸臂保證質量14能在銅穿隧尖端28下方自由地移動，它們被30nm的間隙(在移除犧牲鎢層40的暴露部分之後留下的)隔開。
慣性感測器10可包含許多接近開關18，如第7圖所示。多個接近開關可用以判斷何時和諧振盪的保證質量14通過已知位置，如此能重建相對於時間的移動，且能決定擾亂和諧振盪的力。當接近開關18是電子穿隧開關時，關鍵維度是電子穿隧接近開關的穿隧間隙24。半導體MEMS裝置中的最可控制維度是基板表面上的沉積層之厚度。在其中接近開關18是電子穿隧開關之慣性 感測器10的實施例中，沉積(或生長)層的厚度定義出穿隧距離。這限制了能被整合在單一晶片上的慣性軸之數量，但大為降低裝置製造之成本和複雜性，且應使穿隧接近開關的操作更一致。在慣性感測器10的實施例中，保證質量14在安裝於支撐結構12上的穿隧尖端28下方滑移，且穿隧發生，只要導電保證質量14在穿隧尖端28下方(且緊密接近)。
如第4A圖至第7圖所示，定義出重摻雜導電矽保證質量14之頂部和導電固定穿隧尖端28之底部的平行平面之分離可由犧牲材料(例如，鎢層40)的平面沉積定義出。此材料係在固定穿隧尖端28的圖案化沉積之前沉積於矽基板晶圓34上。在將被完全移除(藉由從後面蝕刻)的矽區域上方圖案化穿隧尖端28以使保證質量14在矽基板晶圓34表面的平面內移動。所有移動可能限於基板晶圓34的平面，因為穿隧尖端28位於其正上方，且保證質量14的垂直移動可能損壞穿隧尖端28。例如，交叉梁可牢固地附接於支撐結構且相對於保證質量地定位以便限制保證質量在z方向上移動。為了維持穿隧尖端28與保證質量14之間的適當穿隧距離，由於在矽保證質量14、彈簧和支撐結構12中及/或在穿隧尖端28本身中之應力所致的翹曲應保持很低。基於此項原因，生長或沉積於矽基板晶圓34之一側上的任何介電質可具有生長或沉積於另一側上的鏡像介電質以消除任何產生之應力。穿隧尖端28可由導電材料製成，其顯示很少或沒有金屬 絲或壓縮力，且不會在六氟化硫(SF6)化學中蝕刻-其可用以乾蝕刻直通矽晶圓34的垂直牆。為此原因可使用銅，因為它不會在氟化學中形成產物，且能容易在薄蒸氣種子層上被電鍍至相當大的厚度(具有最佳生長率的室溫處理以不會引起任何應力)。
第8A圖至第10B圖繪示慣性感測器10的時域陀螺儀-加速度計組合。本實施例使用穿隧尖端28以監控陀螺儀驅動質量(也當作加速度計保證質量)的移動，且使用穿隧尖端以監控測量關於圍繞z(垂直)軸旋轉的科式力之懸臂的移動。第8A圖和第8B圖分別係慣性感測器10之陀螺儀-加速度計實施例的上和下視圖。在本實施例中，保證質量14的第一表面22是T型的且分別包含基底44、頸部46、及第一和第二自由端48和50。基底44係附接於支撐結構12，且頸部46可操作地耦接至第一複數個接近開關52。第一自由端48可操作地耦接至第二複數個接近開關54，且第二自由端50可操作地耦接至第三複數個接近開關56。第9A圖係慣性感測器10之陀螺儀-加速度計實施例的透視圖。第9B圖係第一自由端48和第二複數個接近開關54的擴展視圖。第10圖係頸部46和第一複數個接近開關52的擴展視圖。第10圖對應於虛線框58所指定之第9A圖的區域。
第11圖係慣性感測器10之另一實施例的透視圖。在本實施例中，第一接近開關18包含一或更多細線60和保證質量14，其一起當作電容式開關。電容式開 關係基於經過彼此附近一段短暫時期的導體(或半導體)導致快速電容變化的原則。接著，此變化的電容引起導體中的尖銳電流脈衝，其能作為準確的時間觸發資料以判定最接近的時刻。在第11圖所示之實施例中，保證質量14是附接於支撐結構12的懸臂梁，使得在梁與支撐結構12之間存在小的電容間隙24。使梁在x方向上平行於支撐結構12的平面振盪，如第11圖之雙箭頭62所示。梁在其他兩個維度(即，y和z方向)上是相對硬的。在支撐結構12上，一或更多細線60係佈置於懸臂將在振盪期間通過下方的預定位置。當梁被設成振盪時，當梁通過這些線60時，尖銳電容變化發生在對應線60中產生電流脈衝。
為了模型化和量化通過附***行線60之梁所產生的電流脈衝，可首先區別用於電容器之電荷的一般等式： 其中Q(t)、C(t)、和V(t)分別是電容器上的時變電荷、電容器的電容、和跨電容器的電壓。在這種情況下，平行板電容器係形成於通過設置於基板/支撐結構12上之線60附近的長矽梁之間。由於注意到電容變化是由於梁的移動(例如，梁/線重疊區域的變化量)，及藉由固定在梁與線之間的電壓，我們能推論出： 其中dx/dt是懸臂梁相對於線的速度，且dV/dt由於固定的電壓準位而為零。
為了簡單起見，能假設懸臂移動(x(t)在振盪期間是正弦的，且線位於非常接近梁的振盪中心(定義在t=0)。因此，此點附近的梁速度能估計為：
其中x0是梁之振盪的振幅且w0是梁結構的共振角頻率。能藉由將根據等式(2)和(3)的結果代入等式(1)中來寫入觸發電流。
可採用如COMSOL®的有限元件分析軟體來產生對等式(4)中的dC/dx項之實際期望(參見第12圖至第13C圖)。模擬假設窄矽梁通過與梁一樣長度的等寬線。當物件接近和通過彼此附近時，形成了非常尖銳的雙電流脈衝，首先是緊接在負脈衝之後的正脈衝(參見第13C圖)。這兩個電流脈衝之間的零交叉(參見在第13C圖的t=0)係用以定義出接近開關的準確觸發「時刻」或關閉狀態。零交叉點可被定義為保證質量14相對於支撐結構12的相對位置，其中電流脈衝反向極性，如在第13C圖的t=0所示。應注意對梁之振盪振幅及/或頻率的改變以及固定電壓源上的任何變化將導致輸出電流的幅度改變(參見等式4)。然而，零交叉觸發點的位置與這些系統參數的變化保持不變。
此外，由於慣性加速度所致之懸臂梁之振盪的任何偏移將導致輸出電流的不對稱翹曲以及信號之整體幅度的降低。翹曲是由於梁之尖端在有關間隔期間的變化速度，而幅度的降低是由於速度從峰值速度(只發生在零偏移附近)的相對降低。然而，儘管有這些變化，然而，零交叉觸發情況的位置仍由於其藉由設計而發生於峰值電容的點(當線與梁完全對準時)之事實而將保持不變。由於電容式開關中的零交叉是一定義良好且一致的參數，因此儘管系統參數變化，其仍當作良好的觸發機制(主要受電壓源和時間觸發電路中的電子雜訊限制)。
電容線60和矽懸臂梁(即，保證質量14)的製造是被定義和控制地很好的製造程序。梁與線之間的實際間隙24可由在最終製造步驟中被移除之垂直沉積的膜(犧牲層)定義出。當犧牲薄膜的厚度能在製造期間被控制良好時，此間隙24會是相當小且控制良好的。
第12圖係顯示保持在正好通過保持在接地之高而窄的懸臂梁(矩形)上方之固定電壓的方線之二維(2D)剖面的一系列圖。隨著線和懸臂在附近接近和交叉，此計算可用以計算系統的電容變化(例如，dC/dx)。時間流是從左上往下，接著繼續從右上往下。系統的電容被計算出且用以產生第13A-13C圖中所示之隨後的圖。
第13A圖係以微微法拉(pF)為單位的電容式接近開關之估計電容圖作為第11圖所示之懸臂梁與細 線之間的相對位移之函數。此計算假設具有2微米(μm)寬線的MEMS規模裝置保持在通過2微米(μm)寬接地矽梁的固定電壓。最接近的線與懸臂之間的間隔被假設為50奈米(nm)。所達到的峰值電容是0.217微微法拉(可測量的量)，當物件相對於彼此為中心時便如預期地發生。峰值電容能藉由擴大線寬度或長度之任一者來線性地增加。若加寬，則曲線圖表將擴大。
第13B圖係顯示以每微米(μm)微微法拉(pF)為單位的估計電容變化圖作為懸臂梁與線之間的相對位移之函數(例如，第11圖所示之圖的衍生)。
第13C圖係顯示繪製之以微安培(μA)為單位之電容式開關中引起的電流i對比以微秒(μs)為單位之時間的圖。使用與等式4結合的第13A圖之空間電容變化的值(dC/dx)，保持在100伏特的固定電壓之線中引起的電流係繪製於微安培(μA)上方作為以微秒(μs)為單位之時間的函數。這假設具有15kHz之共振頻率的懸臂梁以±20μm的固定振幅來振盪。此電流輸出的零交叉(在t=0)能用以根據裝置操作之需要來計算「交叉時間」。
第14A圖和第14B圖係時域慣性感測器10之另一實施例的透視圖。第14B圖係第14A圖所示之時域慣性感測器10之部分的放大視圖。在此慣性感測器10之實施例中，驅動器16包含設置於保證質量14之任一側上的一對電容板。在本實施例中的接近開關18包含電極 64，其被描繪成第14B圖中的圓。實際上，電極64可在上晶圓66上的犧牲層頂部被沉積和圖案化，接著接合至下晶圓70上的線痕跡68。當懸臂保證質量14被一路貫穿的深矽蝕刻定義時，移除上晶圓和犧牲層，當懸臂保證質量14跨電極64移動時，犧牲層的厚度是電極64和懸臂14之表面之間的距離。
依據慣性感測器10的上述說明，顯見各種技術可在不脫離其範圍下用於實作慣性感測器的概念。所述之實施例將被認為在所有態樣中都是說明性而不是限制性的。也應了解慣性感測器並不限於本文所述之特定實施例，而是在不脫離本揭露之範圍下能用於許多實施例。
10‧‧‧慣性感測器
12‧‧‧支撐結構
14‧‧‧保證質量
16‧‧‧驅動器
18‧‧‧第一接近開關
20‧‧‧電極平面
22‧‧‧第一表面
28‧‧‧穿隧尖端

Claims (25)

  1. 一種時域慣性感測器，包含：一支撐結構，包含一電極平面，其係平行於一x-y-z相互正交座標系統的一x-y平面，該支撐結構特徵在於位於該x-y平面內的一最大維度；一保證質量，包含一第一表面，其係平行於該x-y平面；其中該保證質量係彈性地耦接至該支撐結構，使得該第一表面被一間隙與該電極平面隔開；一驅動器，配置以驅動該保證質量以大約只在x方向上相對於該支撐結構振盪，使得該間隙在振盪期間不會顯著變化；及一第一時域接近開關，配置以當該保證質量在相對於該支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該支撐結構和該保證質量為單晶整合的且該間隙係經由移除一犧牲材料而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該第一接近開關是一電容式開關。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之時域慣性感測器，其中該支撐結構包含一蓋晶圓且一半的該電容式開關係附接於該蓋晶圓。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之時域慣性感測器， 其中該第一接近開關包含安裝於該保證質量上的一第一半及安裝於該支撐結構上的一第二半，且其中該第一接近開關的該關閉狀態係配置以發生在一零交叉點，其特徵在於該第一半與該第二半之間的一峰值電容。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該第一接近開關是一可選開關。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該第一接近開關是一電子穿隧尖端開關，且包含一穿隧尖端，牢固地附接於該電極平面上的該支撐結構；其中該電子穿隧尖端開關更配置以當該保證質量在該第一參考位置時啟動該第一表面與該穿隧尖端之間的電子穿隧且該第一表面的一部分和該穿隧尖端在z方向上對準。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之時域慣性感測器，其中該穿隧尖端在z方向上被電鍍了一厚度，該厚度足以支撐在該保證質量振盪穿過之一區域上方的該穿隧尖端。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該驅動器包含反饋電路，配置以產生一電信號以維持共振操作。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，其中該保證質量驅動器包含電容式梳狀驅動器。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，更包含複數個時域接近開關，每個時域接近開關配置以當該保證質量在相對於該支撐結構的一對應參考位置時從一 打開狀態切換至一關閉狀態。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之時域慣性感測器，更包含一第二時域數位接近開關，配置以當該保證質量在相對於該支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之時域慣性感測器，其中該保證質量的該第一表面是T型的且包含一基底、一頸部、及一第一自由端和一第二自由端，其中該基底係附接於該支撐結構，該頸部可操作地耦接至該第一接近開關，該第一自由端可操作地耦接至一第二接近開關，且該第二自由端可操作地耦接至一第三接近開關。
  14. 一種時域慣性感測器，包含：一支撐結構，具有一上表面，平行於一x-y-z相互正交座標系統的一x-y平面；一保證質量，彈性地耦接至該支撐結構，使得該保證質量係配置以實質上只在該x-y平面上振盪；一驅動器，配置以驅動該保證質量以和諧地相對於該支撐結構振盪；及複數個接近開關，可操作地耦接至該支撐結構且耦接至該保證質量之複數個各自部分，使得每個接近開關係配置以當該保證質量之該每個對應各自部分在該支撐結構的一部分下方通過時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之時域慣性感測器，其中該複數個接近開關是穿隧尖端開關，且該保證質 量於下方通過之支撐結構的部分是牢固地附接於該支撐結構且被一間隙在z方向上與該保證質量的一上表面隔開的電極，該間隙係在從該支撐結構移除物質之一犧牲層期間形成；其中該電子穿隧尖端開關更配置以當該保證質量在該第一參考位置時啟動該該第一表面與該穿隧尖端之間的電子穿隧且該第一表面的一部分和該穿隧尖端在z方向上對準。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之時域慣性感測器，其中該保證質量的該上表面是T型，包含一基底、一頸部、一第一端、和一第二端；其中該驅動器更配置以驅動該頸部在x方向上振盪；及回應於科氏力，該第一和第二端係配置以在y方向上振盪。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之時域慣性感測器，其中該複數個接近開關之至少一者可操作地耦接至該頸部、該第一端、和該第二端之各者。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之時域慣性感測器，其中該些接近開關是電容式開關，每個電容式開關包含安裝於該保證質量上的一第一半及安裝於該支撐結構上的一第二半，且其中一特定電容式開關的該關閉狀態係配置以發生在一零交叉點，其特徵在於該第一半與該第二半之間的一峰值電容。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之時域慣性感測器，其中該些接近開關之各者的該第一半包含該保證質量的一接地部分。
  20. 一種感測慣性的方法，包含：驅動一保證質量只在一第一維度上相對於一支撐結構振盪，使得在一第二正交維度上的該保證質量與該支撐結構之間的一間隙在振盪期間不會顯著變化；及當該保證質量在相對於該支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該切換發生在一零交叉點，其特徵在於安裝於該保證質量上的一第一電容式元件與安裝於該支撐結構上的一第二電容式元件之間的一峰值電容。
  22. 一種時域慣性感測器，包含：一支撐結構，包含一電極平面，其係平行於一相互正交座標系統的一第一平面，該支撐結構特徵在於位於該第一平面內的一最大維度；一保證質量，包含一第一表面，其實質上係平行於該第一平面，該保證質量係彈性地耦接至該支撐結構，使得該第一表面被一間隙與該電極平面隔開；一驅動器，配置以驅動該保證質量以大約只在一第一方向上相對於該支撐結構振盪，使得該間隙在振盪期間不會顯著變化；及一第一時域接近開關，配置以當該保證質量在相對於 該支撐結構的一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  23. 一種時域慣性感測器，包含：一實質上平面的支撐結構，彈性地耦接至一保證質量；該保證質量係配置以在一第一維度上相對於該支撐結構振盪，該保證質量和該實質上平面的支撐結構由正交於該第一方向的一間隙隔開；及一第一時域接近開關，配置以當該保證質量在相對於該實質上平面的支撐結構之一第一參考位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之時域慣性感測器，其中該第一參考位置的特徵在於安裝於該保證質量上的一第一電容式元件與安裝於該支撐結構上的一第二電容式元件之間的一峰值電容。
  25. 一種配置以測量慣性的系統，包含：一實質上平面的支撐結構；一保證質量，配置以在一第一維度上相對於該支撐結構振盪，該保證質量和該實質上平面的支撐結構由正交於該第一方向的一間隙隔開；及複數個開關，每個開關係配置以當該保證質量的一第一對應部分在相對於該實質上平面的支撐結構之一第二對應部分的一對應位置時從一打開狀態切換至一關閉狀態。
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