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PHEMT微器件力电耦合特性的测试研究

作　者: 崔競
导　师: 刘俊；张斌珍
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: GaAs PHEMT 压阻效应力电耦合测试技术
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
引　用: 1次
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内容摘要

目前,场效应晶体管的力电耦合特性及以此为敏感单元的微纳机械传感器的相关研究已经引起国际上研究人员的关注。但作为力电传感器的敏感单元大多还是选用MOSFET。高电子迁移率晶体管(HEMT)作为场效应晶体管中的一种,以其高频、高速、低噪声、大功率等优势,已开始在通信等领域广泛应用,作为敏感单元则多用来制作气体传感器及射频功率传感器。将HEMT结构用于加速度计的研究并不多见。考虑到赝配型高电子迁移率晶体管(PHEMT)器件具有更高的电子迁移率,所以本文中所设计的加速度计以GaAs基PHEMT做为敏感单元,并在对GaAs基PHEMT的结构及力电耦合特性的研究的基础上,主要对GaAs基PHEMT力学敏感结构的测试方法进行了系统的研究。本文首先对GaAs基PHEMT微结构的I-V的特性、转移特性,及其主要的电学特征进行测试,测试结果很好的验证了我们所设计赝配型高电子迁移率晶体管的结构合理,并为力学敏感验证结构的匹配测试电路的设计提供了数据基础。另外,根据GaAs基PHEMT的力电耦合原理,设计出合理信号测试电路,并将其与相应实验设备相结合,设计出合理的试验方案,对GaAs基PHEMT微结构的物理特性、机电特性进行测试。主要包括:对GaAs基PHEMT微结构的温度特性进行测试与分析,发现其在相同漏压与栅压下,漏源电流值随温度的升高而降低;针对GaAs基PHEMT微结构不同工作区域进行了力敏特性的分析,并测试计算漏压、栅压与随外力变化的电信号量的关系,最终得到GaAs基PHEMT微结构在饱和区内具有最明显的力电变化;通过对加速度计进行振动台标定,得到了GaAs基PHEMT微加速度计的灵敏度,为0.137mV/g;通过频响试验,得到加速度计信号响应理想的频率段;通过三维转台静态测试及计算,得到了GaAs基PHEMT微加速度计的等效压阻系数,其值为0.72234649×10-9pa-1。测试结构表明,所设计加速度计结构合理,具有良好的线性度,在低频范围内,灵敏度相对稳定。这就有效验证了GaAs基PHEMT微结构作为力敏传感器的敏感单元的可行性。为进一步深入研究高灵敏度,高分辨率的微加速度计奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 国内外基于场效应晶体管的微纳机械器件的研究现状  10-14
    1.2.2 基于场效应晶体管的微纳机械器件输出特性测试方法的研究现状  14-17
  1.3 本论文的主要研究工作  17-19
2 GaAs 基PHEMT 微结构力电耦合测试基础  19-32
  2.1 GaAs 材料的压阻效应  19-20
  2.2 GaAs 基PHEMT 微加速度计的设计  20-25
    2.2.1 高电子迁移率晶体管的原理  20-22
    2.2.2 GaAs 基P-HEMT 力电耦合验证结构的设计  22-23
    2.2.3 GaAs 基PHEMT 微加速度计的设计与加工  23-25
  2.3 GaAs 基PHEMT 微结构力电耦合原理  25-30
  2.4 本章小结  30-32
3 GaAs 基PHEMT 微结构特性测试  32-42
  3.1 PHEMT 微结构万用表初步测试  32-33
  3.2 PHEMT 结构的I-V 特性及转移特性测试  33-34
  3.3 两种结构I-V 特性及转移特性对比测试与研究  34-35
  3.4 漏极负电流现象分析  35-37
  3.5 PHEMT 器件的温度特性研究  37-41
  3.6 本章小结  41-42
4 测试电路设计  42-48
  4.1 测试电路方案分析  42-43
  4.2 测试电路设计  43-47
    4.2.1 敏感单元供电模块设计  43-44
    4.2.2 可调稳压电源的设计  44
    4.2.3 差分放大电路设计  44-45
    4.2.4 低通滤波电路设计  45-47
  4.3 本章小结  47-48
5 GaAs 基PHEMT 微结构力电耦合实验验证  48-69
  5.1 GaAs 基PHEMT 微结构静态加压试验  48-51
  5.2 漏压、栅压与电流及输出变化量的关系测试与研究  51-54
  5.3 GaAs 基PHEMT 微加速度计的振动台标定  54-57
  5.4 频响测试  57-59
  5.5 等效压阻系数的计算  59-67
    5.5.1 加速度计的数学模型  60-61
    5.5.2 加速度计参数的理论计算  61-65
    5.5.3 压阻系数的计算  65-67
  5.6 本章小结  67-69
6 总结和展望  69-71
附录  71-72
参考文献  72-79
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  79-80
致谢  80

PHEMT微器件力电耦合特性的测试研究

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