基于AlGaN-GaN HEMT微懸臂梁器件力電耦合性能測試及分析.pdf

1、目前Si材料中已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用結(jié)合場效應(yīng)晶體管與懸臂梁結(jié)構(gòu)的工藝以實(shí)現(xiàn)力電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。而高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor)作為場效應(yīng)晶體管中的一種，具有大功率、低噪聲、高頻、高速等優(yōu)點(diǎn)，因此也開始廣泛應(yīng)用于通信、電子等領(lǐng)域。而HEMT大多被制作成射頻功率傳感器及氣體傳感器的敏感單元。我們制備出了AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過對(duì)HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)力電耦合特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)

2、證和機(jī)理研究，為力敏傳感器研究領(lǐng)域奠定了制造加工、實(shí)驗(yàn)測試和理論分析的發(fā)展基礎(chǔ)。因此本畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用Si基AlGaN/GaN HEMT作為傳感器結(jié)構(gòu)中的敏感單元部分，并將微懸臂梁結(jié)構(gòu)與AlGaN/GaN HEMT耦合，當(dāng)外界應(yīng)力作用在微加速度計(jì)上時(shí)，由于極化影響器件中二維電子氣濃度，進(jìn)而通過力電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了更為靈敏的電學(xué)輸出信號(hào)。文章主要進(jìn)行了AlGaN/GaN HEMT的力學(xué)敏感結(jié)構(gòu)的測試及其力電耦合特性的系統(tǒng)性研究分析。
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3、中首先測試了AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)器件的I-V輸出特性、轉(zhuǎn)移特性，為此結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證設(shè)計(jì)提供了力學(xué)敏感測試方案的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。測試結(jié)果顯示，我們所設(shè)計(jì)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)合理，同時(shí)，根據(jù)AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)器件的力電耦合原理，設(shè)計(jì)出對(duì)AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性、溫度特性以及壓阻特性進(jìn)行測試的合理實(shí)驗(yàn)方案。主要包括以下幾方面：通過測試與分析AlGaN/G

4、aN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)的溫度特性，可以得到其在同一柵壓作用下，源漏電流隨著溫度的升高有降低的變化趨勢，并計(jì)算了溫度對(duì)壓阻系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高壓阻系數(shù)也存在逐漸降低的趨勢；測試計(jì)算了AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)中柵壓、源漏電流等信號(hào)量隨外力變化的關(guān)系，并對(duì)HEMT不同工作區(qū)域進(jìn)行了力學(xué)敏感特性的分析，得出了AlGaN/GaN HEMT在I-V特性曲線上的飽和區(qū)內(nèi)具有最為明顯的力電變化結(jié)果；通過測試源漏電流的變化，

5、得到外加壓力導(dǎo)致壓電極化的變化程度，進(jìn)而分析溝道中2DEG濃度的調(diào)制作用；通過測試材料和結(jié)構(gòu)本身的殘余應(yīng)力大小，分析了殘余應(yīng)力對(duì)器件與結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的影響，為下一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)奠定理論基礎(chǔ)；通過仿真結(jié)果與加壓實(shí)驗(yàn)，測試并計(jì)算了AlGaN/GaN HEMT微懸臂梁結(jié)構(gòu)器件的壓阻系數(shù)，其值為(2.470.04)10Pa--±′91。
　　通過對(duì)本文中結(jié)構(gòu)的測試分析，表明了所設(shè)計(jì)的微懸臂梁結(jié)構(gòu)合理，具有較高的靈敏度、壓阻系數(shù)與良好的線性度。通