介觀壓阻型加速度計的設計與性能測試.pdf

1、隨著分子束外延(MBE)技術和納機電系統(tǒng)加工技術的快速發(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(包括量子效應)就會凸現(xiàn)出來，基于這些效應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超晶格半導體薄膜結構的“介觀壓阻效應”的加速度傳感器的研究：在力學信號作用下，共振隧穿異質結(RTH)的內(nèi)部應力分布發(fā)生變化；一定條件下應力變化引起內(nèi)建電場的產(chǎn)生；內(nèi)建電場將導致共振隧穿異質結中的量子能級發(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信號轉化為較強的電學信號。 本論文在“介觀壓阻效應”理論的基礎上，設計并生長了AlAs/InGaAs/GaAs雙勢壘共振隧穿納米薄膜結構；運用MATLAB軟件對不同尺寸的加速度計結構進行了設計與分析；采用ANSYS9.0有限元分析軟件對設計出的加速度計結構進行了仿真。在結構加工過程中，為了能達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。 在實驗設計方面，本論文采用拉曼應力測試系統(tǒng)和振動臺測試系統(tǒng)分別對加工出的RTH和加速度計結構進行了靜態(tài)壓力實驗和動態(tài)靈敏度實驗，測試結果表明：加速度計結構的輸出靈敏度隨偏壓的改變而改變，且負阻區(qū)的動態(tài)靈敏度比正阻區(qū)的要高；靈敏度最大點出現(xiàn)在負阻區(qū)的谷值點與靜態(tài)壓阻靈敏度特性相一致。本文研究創(chuàng)新點主要體現(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，設計出了基于“介