论文摘要
本论文介绍了一种新型的纳机电（NEMS）声传感器,该声传感器是基于GaAs/AlAs/InGaAs共振隧穿结构（RTS）介观压阻效应所设计的悬臂式结构声传感器。所谓介观压阻效应就是指RTS薄膜在力学信号作用下,其结构应力分布发生变化;一定条件下应力变化引起内建电场的产生;内建电场将导致RTS结构中的量子能级发生变化;量子能级变化会引起共振隧穿电流变化;在一定的偏压条件下,隧穿电流的变化可以等效为RTS电阻的变化。利用这个原理就可以实现力-电转换,实现力学信号的提取。本文详细论述了基于RTS介观压阻效应的悬臂式声传感器的工作原理、结构设计和工艺加工,分别对GaAs基RTS的设计及GaAs基悬臂式声传感器的结构设计进行了深入讨论。同时,利用声学分析理论和Ansys有限元软件对GaAs基悬臂式声传感器的基础结构进行了分析计算及仿真。最终确定了GaAs/AlAs/InGaAs RTS的结构尺寸及基于RTS的GaAs基悬臂式声传感器结构。根据所设计的结构,采用分子束外延生长技（MBE）、微电子加工工艺和NEMS加工工艺相结合的方法,确立了基于RTS的GaAs基悬臂式声传感器结构的工艺流程,并运用双空气桥工艺降低RTS的隧穿电流及寄生电容,采用控制孔工艺加工GaAs基声传感器的悬臂梁结构。最终实现了RTS与M/NEMS结构的工艺集成。初步完成了GaAs基悬臂式声传感器的封装和测试,测试结果表明:悬臂梁结构声传感器的灵敏度:0.226uV/Pa （4.4KHz）,频响为1.2KHz-10KHz;拍子梁结构声传感器的灵敏度:1.0uV/Pa （9KHz）,频响为0.75KHz-20KHz。主要研究成果如下:（1）利用RTS的介观压阻效应,设计了新型的声传感器;（2）利用双空气桥工艺制作RTS,降低了隧穿电流及寄生电容;（3）加工出了基于RTS的GaAs基悬臂式声传感器的基础结构,并进行了封装测试,测试结果表明声传感器性能良好。