基于介观压阻效应的GaAs基微机械陀螺的仿真与设计

摘要

随着现代物理学、微电子、计算机和惯性技术的发展，微机械陀螺以其独特的优点成为惯性传感器的一个发展方向，具有良好的应用前景。但是微陀螺传统的检测方式在一定程度上局限了微陀螺小型化和灵敏高等要求，因此将新理论与新材料应用于微机械陀螺就显得非常迫切了。介观压阻效应的提出就正好顺应了微陀螺发展的要求。 本文探索性的研究了一种新型的纳电子机械(NEMS)--GaAs基微机械陀螺，该微陀螺基于GaAs/AIAs共振隧穿薄膜的介观压阻效应，其灵敏度有望比传统检测方式的微陀螺的灵敏度大大提高。通过利用Ansys有限元分析软件对微陀螺的结构进行了仿真和分析，得出了微陀螺动力学的一些相关数据。然后利用介观压阻效应，用Matlab软件计算了基于介观压阻效应的微陀螺的灵敏度，分析了相关重要因素对微陀螺性能的影响，主要研究内容与成果如下； 1、通过论述四种传统微陀螺的检测方式的优缺点后，指出将我国学者首先提出的一种新的理论--介观压阻效应作为微机械陀螺的检测机理，将会提高微陀螺的灵敏度，降低微陀螺的温度效应。 2、根据振动理论，用Ansys有限元分析软件对微机械陀螺的驱动振动和检测振动进行了求解，得出微陀螺在工作时绕z轴旋转的角速度与微梁上应变的幅值成正比这一结论。 3、利用介观压阻效应，仿真得出了共振隧穿薄膜的工作偏置电压和微陀螺的灵敏度，并且对微陀螺的驱动电压频率等相关重要因素进行了仿真得出了结果。