介观压阻型硅锗加速度计的仿真与设计

摘要

本文研究了基于Si1-xGex/Si超晶格半导体薄膜结构的“介观压阻效应”的压阻式加速度传感器。在“介观压阻效应”理论的基础上，设计了Si1-xGex/Si/Si1-xGex双势垒共振隧穿纳米薄膜结构；运用MATLAB软件对不同尺寸的加速度计结构进行了仿真与设计；并采用ANSYS有限元分析软件对设计出的加速度计结构进行了仿真。 本文设计了双悬臂梁结构的微加速度计，运用有限元软件ANSYS对该加速度传感器结构进行了静态仿真、模态仿真和谐响应分析。分析了不同参数对加速度计的影响。并对结构进行了优化设计，以满足对器件稳定性和量程的要求。最后通过选择合适的参数，设计出了量程是1g的敏感结构。 本文还对共振隧穿异质结和加速度计进行了静态特性仿真。得出了基于Si1-xGex/Si/Si1-xGex量子阱薄膜结构的最大静态压阻灵敏度比基于硅的静态压阻灵敏度提高一个数量级的结论，而且加速度计结构灵敏度比采用硅薄膜时要高的多。 本文研究创新点主要体现在：突破了传统的力电耦合工作原理，采用共振隧穿薄膜作为敏感元件，设计出了基于“介观压阻效应”原理的加速度计结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究意义

1.2国内外研究现状概述

1.2.1国外研究现状概述

1.2.2国内研究现状概述

1.3介观压阻效应的国内外研究现状

1.4本论文主要研究内容

第二章介观压阻型硅锗加速度计工作原理

2.1引言

2.2介观压阻型加速度传感器的结构

2.3介观压阻型加速度传感器的工作原理

2.3.1敏感原理

2.3.2弹性敏感元件工作原理

2.3.3测量电路原理[39]

2.4本章小结

第三章弹性敏感元件结构仿真与设计

3.1设计原则[41]

3.2力学特性

3.3结构的参数及模型

3.4加速度计的静态分析

3.5加速度计的模态分析

3.6加速度计的谐响应分析

3.7加速度计结构确定

3.8本章小结

第四章介观压阻元件仿真与设计

4.1引言

4.1.1量子隧穿理论[43]

4.2共振隧穿薄膜结构工作原理

4.3压阻结构和结构参数确定

4.3.1Si1-xGex/Si超晶格结构参数[51]

4.4Si1-xGex/Si共振遂穿薄膜电学特性仿真

4.4.1电子在超晶格量子阱中的反射与透射

4.4.2共振隧穿薄膜电流-电压特性仿真

4.4.3介观压阻系数的计算

4.5本章小结

第五章介观压阻型硅锗加速度计性能仿真与分析

5.1共振隧穿异质结静态性能仿真与分析

5.1.1共振隧穿敏感单元微分负阻特性仿真

5.1.2共振隧穿异质结静态加压仿真

5.2介观压阻型硅锗加速度计的静态态性能仿真

5.2.1灵敏度的计算

5.3本章小结

第六章结论和展望

6.1结论

6.2进一步展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢