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GaAs基共振隧穿压力传感器的设计与仿真

作　者: 王伟
导　师: 温廷敦
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 共振隧穿有限元透射系数 I-V曲线灵敏度
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

本文根据国内外研究现状,设计了一种GaAs基共振隧穿压阻式压力传感器,使用计算机软件对其进行了结构尺寸设计及相应的力学和电学方面性能的仿真,得到了相关的仿真图表数据,为基于介观压阻效应的微压力传感器的进一步研究提供了数据支持和理论依据。首先以小挠度变形理论为基础,确定了传感器弹性元件(方形平膜)的位移与应力值的理论计算公式,为以后的计算机仿真模拟分析和共振隧穿薄膜在应变膜上的位置分布提供理论根据。接着利用ANSYS计算机软件,以有限元理论为基础对传感器的弹性元件(方形应变膜)进行了静态分析,内容包括应变膜表面应力分布、计算数值与仿真数值的对比分析以及应变膜尺寸对应力分布的影响,得到了一系列的仿真数据图表。并进一步利用ANSYS软件分别从模态分析、谐响应分析、瞬态结构动力学三个方面对传感器芯片的动态特性进行了研究,得出其动态响应特性,证明其结构的合理性。然后以透射系数和共振隧穿电流的计算的公式为基础,讨论了单阱双垫垒量子阱结构(AlGaAs/GaAs/AlGaAs)的透射系数和I-V特性与垒宽,阱宽之间的关系,得出量子阱结构在不同情况下的准束缚态能级,隧穿电流和电流峰谷比。讨论了在不同应变下I-V曲线的变化,得出了在不同应变下的隧穿电流、电流峰谷比。最后对比了微压力传感器在分别采用硅制力敏电阻薄膜和DBRT结构薄膜作为敏感元件的情况下,各自的压阻系数和传感器灵敏度。发现后者比前者提高了很多。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1.绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 微纳器件发展概况及现状  9-12
  1.3 关于微压力传感器  12-16
  1.4 课题主要研究内容  16-17
2.传感器芯片结构建模  17-23
  2.1 传感器芯片弹性元件的小挠度分析  17-19
  2.2 传感器芯片结构尺寸设计  19-21
  2.3 方形薄膜位移及应力的计算公式  21-23
3.传感器芯片结构的有限元分析  23-44
  3.1 有限元分析介绍  23-24
  3.2 传感器芯片静力学仿真分析  24-34
  3.3 传感器芯片结构的模态分析  34-38
  3.4 传感器芯片结构的谐响应分析  38-41
  3.5 传感器芯片结构的瞬态动力学分析  41-42
  3.6 传感器芯片上DBRT(共振隧穿双势垒)薄膜位置的确定  42-44
4.介观压阻效应与DBRT薄膜结构设计  44-52
  4.1 介观压阻效应  44-50
  4.2 DBRT薄膜的结构设计  50-51
  4.3 小结  51-52
5.GaAs基共振隧穿结构的透射系数及Ⅰ-Ⅴ特性研究  52-60
  5.1 透射系数仿真分析研究  52-56
  5.2 Ⅰ-Ⅴ特性仿真分析研究  56-60
6.GaAs基共振隧穿压力传感器灵敏度计算  60-64
  6.1 灵敏度概述  60
  6.2 灵敏度计算  60-64
7.结论与展望  64-66
  7.1 全文总结  64-65
  7.2 展望  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士期间发表的论文  70-72
致谢  72

GaAs基共振隧穿压力传感器的设计与仿真

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