1 引言
壓力傳感器應(yīng)用廣泛，例如汽車中的多路壓力測(cè)量(如空氣壓力測(cè)量和輪胎系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、供油系統(tǒng)的壓力測(cè)量)、環(huán)境控制(如加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié))中的壓力測(cè)量、航空系統(tǒng)中的壓力測(cè)量以及醫(yī)學(xué)中動(dòng)脈血液壓力測(cè)量等。這里將在傳統(tǒng)壓力傳感器中使用一種新原理一介觀壓阻效應(yīng)口，即在共振隧穿電壓附近，通過4個(gè)物理過程，將一個(gè)微弱的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)較強(qiáng)的電學(xué)信號(hào)。用基于介觀壓阻效應(yīng)的共振隧穿薄膜替代傳統(tǒng)的壓阻式應(yīng)變片作為敏感元件，通過理論分析和仿真計(jì)算驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器靈敏度、固有頻率的影響，從理論上證明了介觀壓阻效應(yīng)原理可以提高壓力傳感器的靈敏度，擴(kuò)大其測(cè)量頻率的范圍。
2 介觀壓阻效應(yīng)及GaAs，AlAs/InGaAsDBRT結(jié)構(gòu)薄膜
介觀壓阻效應(yīng)的定義為“等效電阻的應(yīng)力調(diào)制”，等效電阻是對(duì)共振隧效應(yīng)的一種具體描述。由4個(gè)物理過程組成：①在力學(xué)信號(hào)下，納米結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布將發(fā)生變化;②一定條件下應(yīng)力變化可引起內(nèi)建電場(chǎng)的產(chǎn)生;③內(nèi)建電場(chǎng)將導(dǎo)致納米帶結(jié)構(gòu)中量子能級(jí)發(fā)生變化;④量子能級(jí)變化會(huì)引起共振隧穿電流變化。簡(jiǎn)言之，在共振隧穿附近，通過上述過程，可將一個(gè)微弱的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化。為一個(gè)較強(qiáng)的電學(xué)信號(hào)，體現(xiàn)出較大的壓阻系數(shù)。這里所用的介觀壓阻效應(yīng)元件為GaAs/A1As/InGaAs DBRT結(jié)構(gòu)薄膜納米級(jí)窄帶隙材料。隨著外部壓力引起的拉伸應(yīng)變的變化(如圖1所示)，DBRT結(jié)構(gòu)的共振隧穿電流和阻抗顯著變化。并且，阻抗應(yīng)變輸出可由外部電壓有效調(diào)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、靈敏度可調(diào)、靈敏度隨溫度變化小。
