介观压容效应在传感器应用方面的研究

论文摘要

现代传感器的发展对其规格、灵敏度等特性提出更高的要求,微型化、高灵敏度是新型传感器的进一步发展方向。半导体材料的发展,Ⅲ-Ⅴ族等半导体材料研究和制备的成熟,使得异质结材料的许多物理特性被发掘出来,并应用到许多电子器件当中,介观压阻效应就是以Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结材料为基础提出来的新型的传感理论,即在力学信号作用下,纳米结构中的应力分布将发生变化,一定条件下应力变化可引起内建电场的产生,内建电场将导致纳米带结构中量子能级发生变化,量子能级变化会引起共振隧穿电流变化,简言之,在共振隧穿电压附近通过上述四个物理过程可将一个微弱力学信号转化为一个较强的电学信号。以介观压阻效应制备的传感器件,经过实践检验,证明其具有更高的灵敏度,且可使器件进一步的小型化,可以作为NMES传感器的一种理论基础,为了进一步丰富、探索新型的传感理论,本文提出了介观压容效应,以及其作为传感器件理论应用的研究。介观压容效应,是指在介观尺度下,异质结材料制备的可变电抗器件,外界一定的力学信号作用下,引起材料应力分布的变化,进而发生应变,材料应变可以引起异质结材料的势垒高度以及宽度发生变化,进而使得电抗器件的电容值发生变化,本文中我们以一个双势垒共振隧穿（DBRT）结构的异质结电抗器为研究对象,分析其电容特性以及在外界力学信号作用下的该结构应力应变对电容值产生的影响,从理论上得出力学信号与其电容特性之间的关系,进而证明该介观压容效应可以作为一种微型传感器应用理论基础。本文从理论上证明了介观压容效应,并以介观压阻效应在传感器应用为基础,为微型传感器应用在理论方面提供了新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外综述
• 1.2.1 微传感器及用不同材料传感器的工作原理
• 1.2.2 压控变容二极管
• 1.2.3 半导体隧穿效应
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2. 半导体能带理论
• 2.1 半导体材料相关知识
• 2.1.1 超晶格量子阱
• 2.1.2 半导体材料的费米能级计算
• xGa_1-xAs参数计算'>2.1.3 GaAs 和Al_xGa_1-xAs参数计算
• 2.2 共振隧穿效应分析
• 2.2.1 超晶格结构透射系数和电流密度公式的理论推导
• 2.2.2 双势垒结构的隧穿电流电压曲线计算分析
• 3. 介观压容效应
• 3.1 介观压容器件结构条件
• 3.1.1 介观压容器件的电容特性
• 3.1.2 介观压容器件的传导电流
• 3.2 DBRT 结构的等效电容计算
• 3.2.1 不考虑遂穿电流的电容计算
• 3.2.2 考虑遂穿电流的等效电容计算
• 3.3 本章总结
• 4. 介观压阻效应在以DBRT 为基础的传感器应用
• 4.1 应变对势垒高度，垒宽，阱宽的改变规律
• 4.2 DBRT 结构各物理参数对透射系数和隧穿电流的影响
• 4.2.1 各物理参数对透射系数的影响
• 4.2.2 各物理参数对隧穿电流的影响
• 4.3 应变对DBRT 结构透射系数和隧穿电流电压关系的影响
• 4.4 介观压阻效应在矢量水声器的设计中的应用
• 4.5 本章小结
• 5. 介观压容效应在作为传感器理论应用的研究
• 5.1 势垒高度，势垒宽度以及势阱宽度对DBRT 结构等效电容的影响
• 5.2 介观压容效应应用实现过程
• 5.3 本章小结
• 6. 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢