AlGaN/GaN HEMT微悬臂梁加速度计器件特性测试分析及结构优化

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近年来，由于GaN优异的材料特性，例如机械、热、化学稳定性以及生物兼容性等，使基于GaN的微机电系统(MEMS)得到了学术界的广泛关注。AlGaN/GaN异质结构材料体系具有很大的带阶差和很高的熔点，使其在高温、高频、大功率微波电子器件中的应用具有很大潜力。目前在微惯性测量组合中的器件广泛采用悬臂梁结构与场效应晶体管的集成结构来实现惯性信号的测量。而高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor)作为场效应晶体管中的一种，也开始广泛应用于通信、电子等领域，它具有大功率、低噪声、高频、高速等特点。对利用力电耦合原理制备出的AlGaN/GaN基HEMT微加速度计结构，进行静态特性检测，分析并给出加速度计的静态特性参数，根据得到的参数对结构进行优化设计，为得到更高灵敏度、线性度和更大量程的加速度计奠定了基础。
　　本文首先应用AlGaN/GaNHEMT微悬臂梁结构器件的力电耦合原理，设计出对AlGaN/GaNHEMT微加速度计的静态特性进行测试的合理实验方案。通过对AlGaN/GaNHEMT加速度计在静态0~10g的惯性测试，得出该加速度计的灵敏度为0.12mA/g，表明结构灵敏度较小；其次，通过对微加速度计工艺过程的分析，总结了微结构残余应力的产生原因，并利用激光拉曼应力测试仪对微结构的残余应力进行了测试分析，得出残余应力对器件与结构性能产生的影响，为下一步改进结构奠定基础；第三，在此基础上，重新优化了加速度计结构，根据加速度传感器的敏感元件结构尺寸对灵敏度、线性度和频响范围等性能的影响，结合有限元静力分析和模态分析得出了结构的具体参数，并与原结构进行比较。经过计算分析，证明经过优化后的结构灵敏度由4.13×10-3um/g提高到3.07×10-2um/g，增大了一个数量级。能够承受350g的纵向冲击和500g的横向冲击，频率响应范围在0~3000Hz之间，理论上满足了高灵敏度微加速度计的基本要求。但是加速度计在频响范围方面还有所欠缺。

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作者
赵晓霞;
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作者单位

中北大学;

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授予单位中北大学;
学科测试计量技术及仪器
授予学位硕士
导师姓名梁庭;
年度 2013
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类结型场效应晶体管;
关键词
微悬臂梁; 加速度计; 器件特性; 结构优化; 力电耦合原理;

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