PHEMT微器件力电耦合特性的测试研究

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目前,场效应晶体管的力电耦合特性及以此为敏感单元的微纳机械传感器的相关研究已经引起国际上研究人员的关注。但作为力电传感器的敏感单元大多还是选用MOSFET。高电子迁移率晶体管(HEMT)作为场效应晶体管中的一种,以其高频、高速、低噪声、大功率等优势,已开始在通信等领域广泛应用,作为敏感单元则多用来制作气体传感器及射频功率传感器。将HEMT结构用于加速度计的研究并不多见。考虑到赝配型高电子迁移率晶体管(PHEMT)器件具有更高的电子迁移率,所以本文中所设计的加速度计以GaAs基PHEMT做为敏感单元,并在对GaAs基PHEMT的结构及力电耦合特性的研究的基础上,主要对GaAs基PHEMT力学敏感结构的测试方法进行了系统的研究。本文首先对GaAs基PHEMT微结构的I-V的特性、转移特性,及其主要的电学特征进行测试,测试结果很好的验证了我们所设计赝配型高电子迁移率晶体管的结构合理,并为力学敏感验证结构的匹配测试电路的设计提供了数据基础。另外,根据GaAs基PHEMT的力电耦合原理,设计出合理信号测试电路,并将其与相应实验设备相结合,设计出合理的试验方案,对GaAs基PHEMT微结构的物理特性、机电特性进行测试。主要包括:对GaAs基PHEMT微结构的温度特性进行测试与分析,发现其在相同漏压与栅压下,漏源电流值随温度的升高而降低;针对GaAs基PHEMT微结构不同工作区域进行了力敏特性的分析,并测试计算漏压、栅压与随外力变化的电信号量的关系,最终得到GaAs基PHEMT微结构在饱和区内具有最明显的力电变化;通过对加速度计进行振动台标定,得到了GaAs基PHEMT微加速度计的灵敏度,为0.137mV/g;通过频响试验,得到加速度计信号响应理想的频率段;通过三维转台静态测试及计算,得到了GaAs基PHEMT微加速度计的等效压阻系数,其值为0.72234649×10-9pa-1。测试结构表明,所设计加速度计结构合理,具有良好的线性度,在低频范围内,灵敏度相对稳定。这就有效验证了GaAs基PHEMT微结构作为力敏传感器的敏感单元的可行性。为进一步深入研究高灵敏度,高分辨率的微加速度计奠定了基础。
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