HEMT嵌入式微加速度计的优化设计与测试

摘要

基于新原理、新效应、新结构的微纳器件与系统的设计与开发已成为当前微纳机电系统(M/NEMS)技术领域的研究热点。高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种利用表面浅结工艺技术制造的微/纳跨尺度M/NEMS器件，具有多个工作参数和工作区域，通过优化选择不同的工作区域和参数，可以实现不同域或场中的高灵敏传感与探测。
　　本论文基于力电转换效应，提出了一种 HEMT嵌入式的微纳传感结构，对HEMT嵌入式微加速度计结构的优化设计、加工和测试等方面进行了研究。首先修改了敏感单元HEMT的结构版图，优化了微加速度计结构，利用表面微电子加工工艺和MEMS体加工工艺相结合的方法，成功制备出GaAs基HEMT嵌入式微加速度计结构。研究了敏感单元 HEMT的基本输出特性、栅槽刻蚀深度对器件电学参数的影响以及漏极电流温漂系数的偏压调制效应。研究结果表明单栅HEMT的性能较好；栅槽刻蚀深度对HEMT的饱和电流和阈值电压存在一定的影响；漏极电流的温漂系数受栅极电压和漏极电压的影响。同时，从静态特性和动态特性两方面研究了微加速度计的力电检测效应，给出了微加速度计的量程、灵敏度、频响特性以及压阻系数和灵敏度的偏压调制效应。研究结果表明该批加速度计的量程比前一批大，灵敏度与前一批相近；当频率小于500Hz时，加速度计的频响特性较为理想；微加速度计的压阻系数和灵敏度的大小强烈的依赖于所选择的栅极电压和漏极电压。
　　该 HEMT嵌入式微加速度计为微重力、微位移、压强等参数的测试提供了一种新的方法，为高灵敏度微传感结构的设计制造奠定了一定的基础。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 研究现状概述

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 HEMT及嵌入式微加速度计的工作原理

2.1 GaAs材料特性

2.2 GaAs HEMT器件的结构和特点

2.3 HEMT的电流——电压特性

2.4 微加速度计的力电耦合原理

2.5本章小结

第三章 GaAs—HEMT嵌入式微加速度计的设计与加工

3.1 敏感单元HEMT的结构设计

3.2 微加速度计的结构设计

3.3 基于HEMT嵌入式微加速度计的加工

3.4 本章小结

第四章 加速度计敏感单元的性能测试

4.1 单栅和双栅HEMT器件的基本特性测试

4.2 栅槽刻蚀深度对HEMT电学参数的影响

4.3 HEMT器件的温度特性研究

4.4 本章小结

第五章 微加速度计力电耦合特性的测试—研究

5.1 静态特性研究

5.2 动态特性研究

5.3 压阻系数和灵敏度的偏压调制效应

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢