基于納米場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)的研究.pdf

1、本論文開展對(duì)具有納米場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件嵌入式微納機(jī)械結(jié)構(gòu)高靈敏傳感研究。理論研究主要是微納機(jī)械結(jié)構(gòu)形變與半導(dǎo)體器件載流子輸運(yùn)耦合機(jī)理研究，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法研究半導(dǎo)體器件懸臂梁內(nèi)應(yīng)力與外作用力的關(guān)系，研究懸臂梁內(nèi)應(yīng)力對(duì)AlGaAs/GaAs贗配式高電子遷移率晶體管(P high electron mobility transistor，PHEMT)載流子濃度和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能帶的影響，確定PHEMT中I-V特性受外應(yīng)力調(diào)制的一般規(guī)律，確

2、定其壓阻系數(shù)為1E-7，比一般壓阻材料高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；此外，結(jié)合表面微加工技術(shù)與體加工技術(shù)，研究半導(dǎo)體器件嵌入式微納機(jī)械結(jié)構(gòu)加工技術(shù)；設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試了PHEMT嵌入式微加速度傳感器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于納米場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的高靈敏微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)。本論文通過(guò)采用微懸臂梁結(jié)構(gòu)將宏觀作用力引入到納米級(jí)別的場(chǎng)效應(yīng)溝道中，實(shí)現(xiàn)外界應(yīng)力對(duì)二維電子氣濃度的調(diào)制作用。在此基礎(chǔ)上通過(guò)工藝加工完成微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)該微加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)試分析，從而有以下結(jié)果：
　

3、　1.采用分子束外延（MBE）工藝在3英寸的GaAs襯底上制備出雙平面摻雜贗配式高電子遷移率晶體管（DH-PHEMT）外延層，對(duì)外延層進(jìn)行X-射線衍射圖譜和拉曼光譜分析，通過(guò)原子力顯微鏡觀測(cè)到薄膜表面光滑。
　　2.利用納米場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)了DH-PHEMT薄膜層。當(dāng)溝道長(zhǎng)度和材料層結(jié)構(gòu)縮小到納米尺度，其場(chǎng)效應(yīng)內(nèi)部的電場(chǎng)會(huì)隨著結(jié)構(gòu)比例的縮小而發(fā)生變化。當(dāng)電場(chǎng)進(jìn)一步增大時(shí)，基本的物理特性在強(qiáng)電場(chǎng)下會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)，該效應(yīng)將對(duì)微結(jié)構(gòu)

4、的性能產(chǎn)生影響。
　　3.設(shè)計(jì)了GaAs基DH-PHEMT器件與微懸臂梁-質(zhì)量塊集成的微結(jié)構(gòu)，利用微加工工藝和控制孔工藝相結(jié)合的工藝手段，精確控制了懸臂梁和質(zhì)量塊的厚度；同時(shí)完成了基于納米場(chǎng)效應(yīng)微結(jié)構(gòu)的基本測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示微敏感單元應(yīng)放置于懸臂梁結(jié)構(gòu)的根部，此時(shí)器件受到的應(yīng)力最大。而且當(dāng)溝道方向與懸臂梁方向平行時(shí)靈敏度最高，符合設(shè)計(jì)思路和仿真結(jié)果。
　　4. GaAs基 DH-PHEMT器件的輸出特性測(cè)試結(jié)果顯示：DH-P

5、HEMT器件在高低溫測(cè)試中溫度與器件輸出飽和電流遵循I∝T-1(200K　　綜上所述，本論文完成了GaAs基DH-PHEMT器件與懸臂梁-質(zhì)量塊微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工以及輸出特性的研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了溫度對(duì)器件輸出的影響，并驗(yàn)證了應(yīng)力與器件輸出的關(guān)系。對(duì)微結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究還需要在慣性測(cè)試上多次嘗試，并對(duì)GaAs基DH-PHEMT器件力敏特性與溫度特性開展深入探索。