【摘要】：基于新原理、新效應、新結(jié)構(gòu)的微納器件與系統(tǒng)的設計與開發(fā)已成為當前微納機電系統(tǒng)(M/NEMS)技術領域的研究熱點。高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種利用表面淺結(jié)工藝技術制造的微/納跨尺度M/NEMS器件,具有多個工作參數(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),可以實現(xiàn)不同域或場中的高靈敏傳感與探測。 本論文基于力電轉(zhuǎn)換效應,提出了一種HEMT嵌入式的微納傳感結(jié)構(gòu),對HEMT嵌入式微加速度計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計、加工和測試等方面進行了研究。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、柵槽刻蝕深度對器件電學參數(shù)的影響以及漏極電流溫漂系數(shù)的偏壓調(diào)制效應。研究結(jié)果表明單柵HEMT的性能較好;柵槽刻蝕深度對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,從靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩方面研究了微加速度計的力電檢測效應,給出了微加速度計的量程、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。研究結(jié)果表明該批加速度計的量程比前一批大,靈敏度與前一批相近;當頻率小于500Hz時,加速度計的頻響特性較為理想;微加速度計的壓阻系數(shù)和靈敏度的大小強烈的依賴于所選擇的柵極電壓和漏極電壓。 該HEMT嵌入式微加速度計為微重力、微位移、壓強等參數(shù)的測試提供了一種新的方法,為高靈敏度微傳感結(jié)構(gòu)的設計制造奠定了一定的基礎。
【圖文】：

形彎曲產(chǎn)生應變作用，在壓電效應的作用下，引起場效應晶體管內(nèi)部溝道機制發(fā)生變化，通過檢測電流的變化來表征懸臂梁的形變。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量納米量級的微位移形變。場效應管嵌入式微懸臂梁結(jié)構(gòu)的檢測原理如圖1.3所示。當生物分子吸附于微懸臂梁表面時，根據(jù)相關的分子作用模型，引起表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生張應力或拉應力，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)域會產(chǎn)生應變。由于半導體材料的壓阻效應，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。對于給定柵極、源極和漏極之間偏壓的三極管來說，溝道輸運機制的任何變化將導致漏極電流的改變。因此提高傳感器靈敏度的關鍵方法之一是提高半導體材料的壓阻系數(shù)。圖1.4是生化傳感器中懸臂梁的SEM圖，圖1.5為兩懸臂梁上應變前后MOSFET的輸出特性對比[7]。圖1.3.場效應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的輸出特性對比2007年，中國科學研究院的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室溫下的氫氣濃度。AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)不需要在勢壘層進行摻雜
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP368.12

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 史偉莉;基于納米場效應結(jié)構(gòu)的微加速度計的研究[D];中北大學;2012年

，

本文編號：2676977