基于介觀壓阻效應(yīng)微位移傳感器的設(shè)計與仿真.pdf

1、隨著分子束外延(MBE)技術(shù)和納機電系統(tǒng)加工技術(shù)的快速發(fā)展，各種新型的超晶格量子阱器件被加工出來。因尺度變小而產(chǎn)生的各種效應(yīng)(包括量子效應(yīng))就會凸現(xiàn)出來，基于這些效應(yīng)的納機電器件會體現(xiàn)出新的特征和性能。本文研究了基于GaAs超晶格半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)的“介觀壓阻效應(yīng)”的微位移傳感器：在力學(xué)信號作用下，共振隧穿雙勢壘(DBRT)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力分布發(fā)生變化；一定條件下應(yīng)力變化引起內(nèi)建電場的產(chǎn)生；內(nèi)建電場將導(dǎo)致共振隧穿異質(zhì)結(jié)中的量子能級發(fā)生變化；量

2、子能級變化會引起共振隧穿電流的產(chǎn)生，通過上述四個物理過程可以將一個較弱的力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為較強的電學(xué)信號。 本文詳細(xì)介紹了GaAs基壓阻型微位移傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)。利用Matlab軟件對DBRT結(jié)構(gòu)敏感元件進行了計算，分析了它的壓阻特性；用Ansys軟件對傳感器彈性梁進行了位移、應(yīng)變和固有頻率進行了仿真分析，最后計算了傳感器的輸入輸出特性和靈敏度，和經(jīng)典的壓阻式位移傳感器作了比較。 主要研究內(nèi)容如下： (1)對基

3、于共振隧穿雙勢壘結(jié)構(gòu)的透射系數(shù)和隧穿電流公式進行推導(dǎo)。 (2)計算DBRT結(jié)構(gòu)中，應(yīng)變對隧穿電流的影響，分析它的壓阻效應(yīng)。 (3)計算傳感器等截面梁和等強度梁的輸入輸出特性和固有頻率。 (4)用Ansys軟件對兩種彈性梁的應(yīng)變和固有頻率進行仿真，選擇合適的位置粘貼應(yīng)變片以后，計算它的輸入輸出關(guān)系和靈敏度，并與同類傳感器進行比較。 本論文從理論上驗證了介觀壓阻效應(yīng)原理可以提高傳感器的靈敏度，為設(shè)計新型的傳感