基于介觀壓阻效應微位移傳感器的設計與仿真.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”的微位移傳感器：在力學信號作用下，共振隧穿雙勢壘(DBRT)結構的內(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(zhì)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。 本文詳細介紹了GaAs基壓阻型微位移傳感器的工作原理和結構。利用Matlab軟件對DBRT結構敏感元件進行了計算，分析了它的壓阻特性；用Ansys軟件對傳感器彈性梁進行了位移、應變和固有頻率進行了仿真分析，最后計算了傳感器的輸入輸出特性和靈敏度，和經(jīng)典的壓阻式位移傳感器作了比較。 主要研究內(nèi)容如下： (1)對基

3、于共振隧穿雙勢壘結構的透射系數(shù)和隧穿電流公式進行推導。 (2)計算DBRT結構中，應變對隧穿電流的影響，分析它的壓阻效應。 (3)計算傳感器等截面梁和等強度梁的輸入輸出特性和固有頻率。 (4)用Ansys軟件對兩種彈性梁的應變和固有頻率進行仿真，選擇合適的位置粘貼應變片以后，計算它的輸入輸出關系和靈敏度，并與同類傳感器進行比較。 本論文從理論上驗證了介觀壓阻效應原理可以提高傳感器的靈敏度，為設計新型的傳感