介觀壓阻型加速度計(jì)的設(shè)計(jì)與性能測試.pdf

1、隨著分子束外延(MBE)技術(shù)和納機(jī)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(jī)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)”的加速度傳感器的研究：在力學(xué)信號作用下，共振隧穿異質(zhì)結(jié)(RTH)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(gè)物理過程可以將一個(gè)較弱的力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為較強(qiáng)的電學(xué)信號。 本論文在“介觀壓阻效應(yīng)”理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并生長了AlAs/InGaAs/GaAs雙勢壘共振隧穿納米薄膜結(jié)構(gòu)；運(yùn)用MATLAB軟件對不同尺寸的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析；采用ANSYS9.0有限元分析軟件對設(shè)計(jì)出的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真。在結(jié)構(gòu)加工過程中，為了能達(dá)到減小器件的寄生電容和精確控制懸臂梁的厚度，RTH和懸臂梁分別

3、采用了空氣橋和控制孔加工技術(shù)。 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，本論文采用拉曼應(yīng)力測試系統(tǒng)和振動臺測試系統(tǒng)分別對加工出的RTH和加速度計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)壓力實(shí)驗(yàn)和動態(tài)靈敏度實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果表明：加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的輸出靈敏度隨偏壓的改變而改變，且負(fù)阻區(qū)的動態(tài)靈敏度比正阻區(qū)的要高；靈敏度最大點(diǎn)出現(xiàn)在負(fù)阻區(qū)的谷值點(diǎn)與靜態(tài)壓阻靈敏度特性相一致。本文研究創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在： a) 突破了傳統(tǒng)的力電耦合工作原理，采用共振隧穿薄膜作為敏感元件，設(shè)計(jì)出了基于“介