论文在充分调研和分析国内外微机械惯性传感器研究状况基础上,针对单芯片MIMU的应用需求与现有问题,开展单芯片体硅MIMU中关键器件研究,设计、加工和测试完成了采用新型检测电容结构的z轴加速度计和水平轴陀螺.论文首先从理论上系统的分析和讨论了微机械惯性传感器的工作原理,分析了阻尼等影响器件性能的关键参数.针对现有的变面积型电容在离面运动检测应用中的困难,论文创造性地提出了一种采用垂直梳齿的变面积型电容,通过固定齿和可动齿间单端(或双端)不等高实现离面运动的差分检测.采用这种电容结构测量离面运动的惯性传感器可减小检测方向的阻尼,提高传感器的测量精度.针对电容式传感器在复杂结构或形变情况下分析输入信号与电容变化关系时存在的困难,论文中首次提出了一种利用ANSYS实现的输入信号与电容变化的相关性仿真方法,可直接得到输入信号与电容变化的关系,提高设计效率.利用新型的梳齿电容结构,论文中设计了两种z轴体硅加速度计,分别通过惯性质量的扭转和垂直离面运动实现检测.为实现高深宽比体硅结构的垂直离面运动,论文中提出了一种新型的组合扭转梁结构,通过将惯性质量的垂直运动转化为组合扭转梁中悬臂梁的扭转来减小高深宽比结构在z方向的等效弹性常数,提高z方向垂直检测的灵敏度.利用新型的梳齿电容结构和组合扭转梁,论文中设计了一种横向驱动垂直检测的水平轴陀螺.该陀螺采用双框架结构来减小陀螺两个模态的机械耦合.驱动和检测方向均以滑膜阻尼为主,可在大气环境下工作.在考虑单芯片体硅MIMU工艺兼容性及现有工艺条件基础上,论文中提出了一套利用复合掩模实现单端不等高或双端不等高梳齿结构的体硅惯性传感器工艺方案,并实现了采用单端不等高梳齿的加速度计和陀螺.讨论了工艺中的注意事项和存在的问题,并针对深刻蚀中的Footing问题提出了一种新的采用硅结构底部加金属的解决方案.完成了陀螺的性能测试并对结果进行了分析,给出了可能的改进方案.测得的陀螺灵敏度为0.81mv/°/s,噪声等效角速度为0.1°/s/√Hz.