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

1、本論文開展對具有納米場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的半導體器件嵌入式微納機械結(jié)構(gòu)高靈敏傳感研究。理論研究主要是微納機械結(jié)構(gòu)形變與半導體器件載流子輸運耦合機理研究，通過分子動力學方法研究半導體器件懸臂梁內(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數(shù)量級；此外，結(jié)合表面微加工技術(shù)與體加工技術(shù)，研究半導體器件嵌入式微納機械結(jié)構(gòu)加工技術(shù)；設(shè)計、加工和測試了PHEMT嵌入式微加速度傳感器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了基于納米場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的高靈敏微加速度計結(jié)構(gòu)。本論文通過采用微懸臂梁結(jié)構(gòu)將宏觀作用力引入到納米級別的場效應(yīng)溝道中，實現(xiàn)外界應(yīng)力對二維電子氣濃度的調(diào)制作用。在此基礎(chǔ)上通過工藝加工完成微加速度計結(jié)構(gòu)，并對該微加速度計進行測試分析，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，對外延層進行X-射線衍射圖譜和拉曼光譜分析，通過原子力顯微鏡觀測到薄膜表面光滑。
　　2.利用納米場效應(yīng)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計了DH-PHEMT薄膜層。當溝道長度和材料層結(jié)構(gòu)縮小到納米尺度，其場效應(yīng)內(nèi)部的電場會隨著結(jié)構(gòu)比例的縮小而發(fā)生變化。當電場進一步增大時，基本的物理特性在強電場下會產(chǎn)生量子效應(yīng)，該效應(yīng)將對微結(jié)構(gòu)

4、的性能產(chǎn)生影響。
　　3.設(shè)計了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；同時完成了基于納米場效應(yīng)微結(jié)構(gòu)的基本測試。測試結(jié)果顯示微敏感單元應(yīng)放置于懸臂梁結(jié)構(gòu)的根部，此時器件受到的應(yīng)力最大。而且當溝道方向與懸臂梁方向平行時靈敏度最高，符合設(shè)計思路和仿真結(jié)果。
　　4. GaAs基 DH-PHEMT器件的輸出特性測試結(jié)果顯示：DH-P

5、HEMT器件在高低溫測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、加工以及輸出特性的研究，通過實驗驗證了溫度對器件輸出的影響，并驗證了應(yīng)力與器件輸出的關(guān)系。對微結(jié)構(gòu)的進一步研究還需要在慣性測試上多次嘗試，并對GaAs基DH-PHEMT器件力敏特性與溫度特性開展深入探索。