砷化鎵基介觀壓阻型微機(jī)械陀螺儀的設(shè)計(jì)與測(cè)試.pdf

1、隨著微納米材料制備技術(shù)和微納器件加工技術(shù)的迅速發(fā)展，各種基于超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的新原理器件被研制出來(lái)，因其納米材料和結(jié)構(gòu)尺寸的不同而產(chǎn)生各種效應(yīng)，應(yīng)用這些效應(yīng)的新概念傳感器隨即被廣泛提出。共振隧穿結(jié)構(gòu)（RTS）是一種具有介觀壓阻效應(yīng)的新型壓阻器件，具有靈敏度高、溫度漂移小的優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)械陀螺是一種測(cè)量角速度或角位移的慣性傳感器，具有體積小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn)，在微慣性導(dǎo)航領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。將RTS的介觀壓阻效應(yīng)與哥氏效應(yīng)相結(jié)合應(yīng)用于

2、微機(jī)械陀螺是一種創(chuàng)新性的研究，可在本質(zhì)上提高微機(jī)械陀螺的靈敏度。
　　本論文在共振隧穿結(jié)構(gòu)介觀壓阻效應(yīng)理論的基礎(chǔ)上，提出了一種GaAs基介觀壓阻型微機(jī)械陀螺儀。主要工作包括介觀壓阻型微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試。該陀螺采用電磁驅(qū)動(dòng)-介觀壓阻檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)了一種回折型正交梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式和檢測(cè)方式的要求；應(yīng)用ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)陀螺進(jìn)行了模態(tài)匹配，驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的固有頻率分別為3530Hz和3671Hz；對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方向和

3、檢測(cè)方向的阻尼進(jìn)行了分析并得到，當(dāng)位移間隙設(shè)計(jì)為15μm時(shí)，大氣環(huán)境中驅(qū)動(dòng)方向和檢測(cè)方向的品質(zhì)因數(shù)分別為4595.5和166；利用ANSYS瞬態(tài)分析對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了哥氏效應(yīng)的仿真。采用分子束外延（MBE）技術(shù)在半絕緣的GaAs襯底上生長(zhǎng)了GaAs/AlAs/InGaAs雙勢(shì)壘單勢(shì)阱的隧穿薄膜結(jié)構(gòu)，通過(guò)GaAs基表面加工技術(shù)和體加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了RTS結(jié)構(gòu)和陀螺結(jié)構(gòu)的加工，并實(shí)現(xiàn)了工藝的兼容。
　　根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)和介觀壓阻檢測(cè)原理設(shè)計(jì)了一種

4、簡(jiǎn)單的測(cè)試接口電路，分別對(duì)驅(qū)動(dòng)方向、檢測(cè)方向上的特性及哥氏效應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試。由于加工精度問(wèn)題，測(cè)試得到驅(qū)動(dòng)方向的固有頻率和品質(zhì)因數(shù)分別為4020Hz和200.5；檢測(cè)方向在1KHz和4KHz輸出的靈敏度分別為7.51mV/g和100.74mV/g；當(dāng)測(cè)量的范圍為±550°/s時(shí)，哥氏效應(yīng)靈敏度為9.35μV/°/s。
　　本文首次探索性的對(duì)介觀壓阻型GaAs基新概念微機(jī)械陀螺儀進(jìn)行了研究，由于初次研究，在設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試方面都存在諸