Accelerometri MEMS a modulazione del momento di inerzia : progettazione, sviluppo del sistema elettronico e caratterizzazione

The introduction of new tecnologies, such as augmented reality and driver assistant, has made it necessary to improve certain parameters of intertial sensor involved in this systems, among which the thermal offset drift in the MEMS accelerometers is particularly important. This thesis suggests and studies with a theoretical and sperimental approch an innovative method to eliminate the thermal drift offset, elaborated by MEMS and microsensors laboratory of Politecnico di Milano in collaboration with STMicroelectronics. This method consists of modulating the inertial torque that acts on the accelerometer, i.e. the geometrical modulation of the device modulates its moment of inertia. This project provides an accelerometer capable of working with this innovative method. In particular this thesis discusses the theoretical idea of operation, it examinates the problems found, it describes the design of the drive and the readout electronics of the MEMS, it reports an extensive characterization of the sensor working in plane and finally it proposes a prototype structure to detect the out of plane accelerations.

L'avvento di nuove applicazioni come la realtà aumentata e la guida assistita richiedono il miglioramento di certi parametri dei sensori inerziali coinvolti in tali sistemi, tra cui riveste un ruolo particolarmente importante il drift in temperatura dell'offset in accelerometri MEMS. Questa tesi propone e studia in maniera teorico-sperimentale un innovativo metodo per l'eliminazione del drift in temperatura dell'offset, elaborato dal laboratorio di MEMS e microsensori del Politecnico di Milano in collaborazione con STMicroelectronics. Esso si basa sulla modulazione della coppia inerziale agente su un accelerometro, cioè il momento di inerzia della struttura del sensore viene modulato tramite la modulazione della geometria. Il lavoro svolto prevede la realizzazione di un accelerometro in grado di sfruttare questo innovativo metodo. Nel dettaglio viene discussa l'idea teorica di funzionamento, approfondite le problematiche riscontrate, implementato lo sviluppo elettronico di pilotaggio e lettura del dispositivo, riportata la caratterizzazione estensiva del sensore operante in piano ed infine presentata una proposta della struttura per la rilevazione di accelerazioni fuori piano.