砷化鎵基介觀壓阻型微機械陀螺儀的設(shè)計與測試.pdf

1、隨著微納米材料制備技術(shù)和微納器件加工技術(shù)的迅速發(fā)展，各種基于超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的新原理器件被研制出來，因其納米材料和結(jié)構(gòu)尺寸的不同而產(chǎn)生各種效應(yīng)，應(yīng)用這些效應(yīng)的新概念傳感器隨即被廣泛提出。共振隧穿結(jié)構(gòu)（RTS）是一種具有介觀壓阻效應(yīng)的新型壓阻器件，具有靈敏度高、溫度漂移小的優(yōu)點。微機械陀螺是一種測量角速度或角位移的慣性傳感器，具有體積小、重量輕、可靠性高的特點，在微慣性導(dǎo)航領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。將RTS的介觀壓阻效應(yīng)與哥氏效應(yīng)相結(jié)合應(yīng)用于

2、微機械陀螺是一種創(chuàng)新性的研究，可在本質(zhì)上提高微機械陀螺的靈敏度。
　　本論文在共振隧穿結(jié)構(gòu)介觀壓阻效應(yīng)理論的基礎(chǔ)上，提出了一種GaAs基介觀壓阻型微機械陀螺儀。主要工作包括介觀壓阻型微機械陀螺的設(shè)計、加工和測試。該陀螺采用電磁驅(qū)動-介觀壓阻檢測方式，設(shè)計了一種回折型正交梁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)驅(qū)動方式和檢測方式的要求；應(yīng)用ANSYS優(yōu)化設(shè)計對陀螺進行了模態(tài)匹配，驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)的固有頻率分別為3530Hz和3671Hz；對陀螺結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方向和

3、檢測方向的阻尼進行了分析并得到，當(dāng)位移間隙設(shè)計為15μm時，大氣環(huán)境中驅(qū)動方向和檢測方向的品質(zhì)因數(shù)分別為4595.5和166；利用ANSYS瞬態(tài)分析對該結(jié)構(gòu)進行了哥氏效應(yīng)的仿真。采用分子束外延（MBE）技術(shù)在半絕緣的GaAs襯底上生長了GaAs/AlAs/InGaAs雙勢壘單勢阱的隧穿薄膜結(jié)構(gòu)，通過GaAs基表面加工技術(shù)和體加工技術(shù)實現(xiàn)了RTS結(jié)構(gòu)和陀螺結(jié)構(gòu)的加工，并實現(xiàn)了工藝的兼容。
　　根據(jù)電磁驅(qū)動和介觀壓阻檢測原理設(shè)計了一種

4、簡單的測試接口電路，分別對驅(qū)動方向、檢測方向上的特性及哥氏效應(yīng)進行了測試。由于加工精度問題，測試得到驅(qū)動方向的固有頻率和品質(zhì)因數(shù)分別為4020Hz和200.5；檢測方向在1KHz和4KHz輸出的靈敏度分別為7.51mV/g和100.74mV/g；當(dāng)測量的范圍為±550°/s時，哥氏效應(yīng)靈敏度為9.35μV/°/s。
　　本文首次探索性的對介觀壓阻型GaAs基新概念微機械陀螺儀進行了研究，由于初次研究，在設(shè)計、加工和測試方面都存在諸