基于納米場效應結構的微加速度計的研究.pdf

1、本論文開展對具有納米場效應結構的半導體器件嵌入式微納機械結構高靈敏傳感研究。理論研究主要是微納機械結構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應力與外作用力的關系，研究懸臂梁內應力對AlGaAs/GaAs贗配式高電子遷移率晶體管(P high electron mobility transistor，PHEMT)載流子濃度和異質結結構能帶的影響，確定PHEMT中I-V特性受外應力調制的一般規(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，結合表面微加工技術與體加工技術，研究半導體器件嵌入式微納機械結構加工技術；設計、加工和測試了PHEMT嵌入式微加速度傳感器結構，實現(xiàn)了基于納米場效應結構的高靈敏微加速度計結構。本論文通過采用微懸臂梁結構將宏觀作用力引入到納米級別的場效應溝道中，實現(xiàn)外界應力對二維電子氣濃度的調制作用。在此基礎上通過工藝加工完成微加速度計結構，并對該微加速度計進行測試分析，從而有以下結果：
　

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.利用納米場效應結構的概念設計了DH-PHEMT薄膜層。當溝道長度和材料層結構縮小到納米尺度，其場效應內部的電場會隨著結構比例的縮小而發(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生量子效應，該效應將對微結構

4、的性能產生影響。
　　3.設計了GaAs基DH-PHEMT器件與微懸臂梁-質量塊集成的微結構，利用微加工工藝和控制孔工藝相結合的工藝手段，精確控制了懸臂梁和質量塊的厚度；同時完成了基于納米場效應微結構的基本測試。測試結果顯示微敏感單元應放置于懸臂梁結構的根部，此時器件受到的應力最大。而且當溝道方向與懸臂梁方向平行時靈敏度最高，符合設計思路和仿真結果。
　　4. GaAs基 DH-PHEMT器件的輸出特性測試結果顯示：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-質量塊微結構的設計、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，并驗證了應力與器件輸出的關系。對微結構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。