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HEMT嵌入式微加速度计的优化设计与测试

作　者: 谭振新
导　师: 薛晨阳
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: HEMT 微加速度计 力电转换 偏压调制效应
分类号: TP368.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 36次
引　用: 1次
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内容摘要


基于新原理、新效应、新结构的微纳器件与系统的设计与开发已成为当前微纳机电系统(M/NEMS)技术领域的研究热点。高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种利用表面浅结工艺技术制造的微/纳跨尺度M/NEMS器件,具有多个工作参数和工作区域,通过优化选择不同的工作区域和参数,可以实现不同域或场中的高灵敏传感与探测。本论文基于力电转换效应,提出了一种HEMT嵌入式的微纳传感结构,对HEMT嵌入式微加速度计结构的优化设计、加工和测试等方面进行了研究。首先修改了敏感单元HEMT的结构版图,优化了微加速度计结构,利用表面微电子加工工艺和MEMS体加工工艺相结合的方法,成功制备出GaAs基HEMT嵌入式微加速度计结构。研究了敏感单元HEMT的基本输出特性、栅槽刻蚀深度对器件电学参数的影响以及漏极电流温漂系数的偏压调制效应。研究结果表明单栅HEMT的性能较好;栅槽刻蚀深度对HEMT的饱和电流和阈值电压存在一定的影响;漏极电流的温漂系数受栅极电压和漏极电压的影响。同时,从静态特性和动态特性两方面研究了微加速度计的力电检测效应,给出了微加速度计的量程、灵敏度、频响特性以及压阻系数和灵敏度的偏压调制效应。研究结果表明该批加速度计的量程比前一批大,灵敏度与前一批相近;当频率小于500Hz时,加速度计的频响特性较为理想;微加速度计的压阻系数和灵敏度的大小强烈的依赖于所选择的栅极电压和漏极电压。该HEMT嵌入式微加速度计为微重力、微位移、压强等参数的测试提供了一种新的方法,为高灵敏度微传感结构的设计制造奠定了一定的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景与意义  9-11
  1.2 研究现状概述  11-14
    1.2.1 基于场效应晶体管微传感结构的国内外发展现状  11-13
    1.2.2 微加速度计的发展现状与趋势  13-14
  1.3 本论文的主要研究内容  14-15
第二章 HEMT 及嵌入式微加速度计的工作原理  15-28
  2.1 GaAs 材料特性  15-16
  2.2 GaAs HEMT 器件的结构和特点  16-19
    2.2.1 HEMT 的结构特点  16-17
    2.2.2 二维电子气的形成  17-19
  2.3 HEMT 的电流——电压特性  19-21
  2.4 微加速度计的力电耦合原理  21-26
    2.4.1 压阻效应  21-25
    2.4.2 压电效应  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章 GaAs—HEMT 嵌入式微加速度计的设计与加工  28-38
  3.1 敏感单元HEMT 的结构设计  28-30
  3.2 微加速度计的结构设计  30-32
  3.3 基于HEMT 嵌入式微加速度计的加工  32-37
    3.3.1 版图的探索性修改  32-35
    3.3.2 GaAs 基HEMT 嵌入式微加速度计的工艺流程  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 加速度计敏感单元的性能测试  38-51
  4.1 单栅和双栅HEMT 器件的基本特性测试  38-40
  4.2 栅槽刻蚀深度对HEMT 电学参数的影响  40-42
  4.3 HEMT 器件的温度特性研究  42-50
    4.3.1 基本特性的温度测试  42-44
    4.3.2 温度系数的偏压调制效应  44-48
    4.3.3 光致发光谱的温度特性测试  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 微加速度计力电耦合特性的测试—研究  51-66
  5.1 静态特性研究  51-52
  5.2 动态特性研究  52-59
    5.2.1 微加速度计的动态响应  52-54
    5.2.2 灵敏度与敏感单元方位的关系  54-55
    5.2.3 两种结构量程、灵敏度的对比分析  55-57
    5.2.4 频响特性  57-59
  5.3 压阻系数和灵敏度的偏压调制效应  59-65
    5.3.1 静态测试方法  59-62
    5.3.2 动态测试方法  62-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-74
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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