【摘要】：基于新原理、新效應(yīng)、新結(jié)構(gòu)的微納器件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)已成為當(dāng)前微納機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種利用表面淺結(jié)工藝技術(shù)制造的微/納跨尺度M/NEMS器件,具有多個(gè)工作參數(shù)和工作區(qū)域,通過優(yōu)化選擇不同的工作區(qū)域和參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)不同域或場(chǎng)中的高靈敏傳感與探測(cè)。 本論文基于力電轉(zhuǎn)換效應(yīng),提出了一種HEMT嵌入式的微納傳感結(jié)構(gòu),對(duì)HEMT嵌入式微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試等方面進(jìn)行了研究。首先修改了敏感單元HEMT的結(jié)構(gòu)版圖,優(yōu)化了微加速度計(jì)結(jié)構(gòu),利用表面微電子加工工藝和MEMS體加工工藝相結(jié)合的方法,成功制備出GaAs基HEMT嵌入式微加速度計(jì)結(jié)構(gòu)。研究了敏感單元HEMT的基本輸出特性、柵槽刻蝕深度對(duì)器件電學(xué)參數(shù)的影響以及漏極電流溫漂系數(shù)的偏壓調(diào)制效應(yīng)。研究結(jié)果表明單柵HEMT的性能較好;柵槽刻蝕深度對(duì)HEMT的飽和電流和閾值電壓存在一定的影響;漏極電流的溫漂系數(shù)受柵極電壓和漏極電壓的影響。同時(shí),從靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩方面研究了微加速度計(jì)的力電檢測(cè)效應(yīng),給出了微加速度計(jì)的量程、靈敏度、頻響特性以及壓阻系數(shù)和靈敏度的偏壓調(diào)制效應(yīng)。研究結(jié)果表明該批加速度計(jì)的量程比前一批大,靈敏度與前一批相近;當(dāng)頻率小于500Hz時(shí),加速度計(jì)的頻響特性較為理想;微加速度計(jì)的壓阻系數(shù)和靈敏度的大小強(qiáng)烈的依賴于所選擇的柵極電壓和漏極電壓。 該HEMT嵌入式微加速度計(jì)為微重力、微位移、壓強(qiáng)等參數(shù)的測(cè)試提供了一種新的方法,為高靈敏度微傳感結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造奠定了一定的基礎(chǔ)。
【圖文】：

形彎曲產(chǎn)生應(yīng)變作用，在壓電效應(yīng)的作用下，引起場(chǎng)效應(yīng)晶體管內(nèi)部溝道機(jī)制發(fā)生變化，通過檢測(cè)電流的變化來(lái)表征懸臂梁的形變。其具體的敏感單元結(jié)構(gòu)以及嵌入式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1.2所示[6]。圖1.2敏感單元結(jié)構(gòu)及嵌入式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)

MOSFET的微懸臂梁結(jié)構(gòu)的生化傳感器。該生化傳感器主要是用于測(cè)量納米量級(jí)的微位移形變。場(chǎng)效應(yīng)管嵌入式微懸臂梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)原理如圖1.3所示。當(dāng)生物分子吸附于微懸臂梁表面時(shí)，根據(jù)相關(guān)的分子作用模型，引起表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生張應(yīng)力或拉應(yīng)力，致使微懸臂梁出現(xiàn)約幾十納米的彎曲變形，嵌入到懸臂梁上的MOSFET的溝道區(qū)域會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變。由于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，溝道的電子遷移率將發(fā)生改變，最后引起溝道電流的變化。對(duì)于給定柵極、源極和漏極之間偏壓的三極管來(lái)說，溝道輸運(yùn)機(jī)制的任何變化將導(dǎo)致漏極電流的改變。因此提高傳感器靈敏度的關(guān)鍵方法之一是提高半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。圖1.4是生化傳感器中懸臂梁的SEM圖，圖1.5為兩懸臂梁上應(yīng)變前后MOSFET的輸出特性對(duì)比[7]。圖1.3.場(chǎng)效應(yīng)管嵌入式微懸臂梁生物分子傳感器原理圖圖1.4生化傳感器中的懸臂梁的SEM圖 圖1.5兩懸臂梁上MOSFET的輸出特性對(duì)比2007年，中國(guó)科學(xué)研究院的X.H. Wang等人研究了基于AlGaN/AlN/GaN HEMT的氫傳感器，氫傳感器主要是用于檢測(cè)室溫下的氫氣濃度。AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)不需要在勢(shì)壘層進(jìn)行摻雜
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP368.12

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 史偉莉;基于納米場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的微加速度計(jì)的研究[D];中北大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2676977