Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние и перспективы разработки интегральных датчиков переменных давлений 17
1.1. Основные понятия, структура и характеристики полупроводниковых датчиков давления 17
1.2. Технические характеристики современных датчиков переменных давлений 24
1.3. Кинетические эффекты в полупроводниках со структурой алмаза и цинковой обманки 27
1.3.1. Общие свойства германия, кремния и арсенида галлия 27
1.3.2. Кинетические эффекты в многодолинных полупроводниках 30
1.3.3. Особенности моделирования транспорта дырок 34
1.4. Влияние деформации на перенос носителей заряда в полупровод никах со структурой алмаза и цинковой обманки 37
1.4.1. Влияние деформации на энергетический спектр электронов 37
1.4.2. Влияние деформации на структуру зоны проводимости в многодолинных полупроводниках с эквивалентными минимумами 39
1.4.3. Влияние деформации на структуру валентной зоны Ge, Si и соединений А3В5 41
1.4.4. Влияние деформации на электропроводность Ge и Si и-типа... 43
1.4.5. Влияние деформации на электропроводность Ge и Sijc-типа... 50
1.5. Перспективы разработки датчиков давления на основе структур наноэлектроники 55
1.6. Моделирование механических характеристик упругих элементов 60
1.6.1. Упругий элемент круглой формы 60
1.6.2. Распределение механических напряжений в квадратном упругом элементе 62
1.6.3. Оценка частоты собственных колебаний диафрагмы 63
1.6.4. Демпфирование колебаний 63
1.7. Размещение тензопреобразователей на упругом элементе 69
1.8. Измерительные цепи 71
1.9. Идентификация динамических характеристик датчиков давления 74
1.10. Заключение по главе 1 76
ГЛАВА 2. Моделирование транспорта электронов в напряженных полупроводниковых структурах 79
2.1. Влияние температуры и легирования на электропроводность деформированного «-кремния 80
2.1.1. Влияние деформации на примесные состояния в «-Si 80
2.1.2. Эффект Холла в деформированных полупроводниках 89
2.1.3. Междолинное рассеяние в деформированном «-Si 94
2.1.4. Влияние электрон-фононного взаимодействия на температурные зависимости электропроводности и пьезосопротивления 98
2.1.5. Оценка констант деформационного потенциала 102
2.2. Моделирование переноса электронов в напряженных структурах на основе Ge и Si 106
2.2.1. Напряжения и деформации в структурах на основе Ge и Si 107
2.2.2. Моделирование переноса электронов в напряженных структурах Gei.xSix 111
2.3. Гальваномагнитные эффекты в деформированном GaAs и структурах на его основе 116
2.3.1. Высокотемпературная проводимость деформированного GaAs 116
2.3.2. Влияние деформации на примесные состояния в «-GaAs 123
2.3.3. Деформационные зависимости электропроводности варизонных структур на основе GaAs 132
2.3.4. Оценка параметров тензочувствительных элементов
на основе варизонных структур AlxGai.xAs 140
2.4. Заключение по главе 2 144
ГЛАВА 3. Гальваномагнитные и термоэлектрические эффекты в деформированных Ge, Si И GaAs /ь типа . 146
3.1. Влияние деформации на электропроводность Ge и Si 146
3.2. Особенности энергетического спектра дырок в структурах
на основе Ge и Si 151
3.3. Моделирование транспорта дырок в двухзонном приближении 155
3.4. Моделирование транспорта дырок в трехзонном приближении 158
3.5. Моделирование эффекта пьезосопротивления в модифицированном двухзонном приближении 165
3.6. Результаты моделирования тензоэффектов в трехзонном приближении 173
3.7. Влияние деформации на электропроводность GaAs 183
3.8. Влияние деформации на термо-э.д.с 192
3.9. Влияние деформации э.д.с. Холла 196
ЗЛО. Заключение по главе 3 204
ГЛАВА 4. Сравнительный анализ тензопреобразователей 208
4.1. Тензочувствительные схемы с цепочечной структурой 208
4.2. Многоэлементные мостовые схемы 214
4.3. Распределенные чувствительные элементы , 222
4.4. Тензочувствительные интегральные схемы на МДП-транзисторах.., 225
4.4.1. Стабилизация режима работы тензомикросхем 226
4.4.2. Оценка тензочувствительности 229
4.4.3. Влияние технологического разброса на характеристики тензомикросхем 231
4.5. Оценка параметров тензочувствительных схем методом статистических испытаний 234
4.6. Анализ схем термостабилизации на КМДП-транзисторах 238
4.7. Заключение по главе 4 244
ГЛАВА 5. Упругие элементы микромеханических систем 247
5.1. Формирование упругих элементов интегральных преобразователей 248
5.2. Моделирование характеристик диафрагменных чувствительных элементов 250
5.2.1. Упругий элемент эллипсоидальной формы 250
5.2.2. Прямоугольный упругий элемент 256
5.2.3. Треугольный упругий элемент 260
5.2.4. Шестиугольный упругий элемент 271
5.2.4. Восьмиугольный упругий элемент 277
5.3. Моделирование характеристик микромеханических систем с электростатическим управлением 282
5.3.1. Изгиб круглой диафрагмы при электростатическом воздействии 283
5.3.2. Изгиб квадратной диафрагмы при электростатическом воздействии 287
5.3.3. Изгиб треугольной диафрагмы при электростатическом воздействии 290
5.3.4. Изгиб шестиугольной диафрагмы при электростатическом воздействии 292
5.4. Нелинейность упругих элементов микромеханических систем 294
5.4.1. Изгиб круглой диафрагмы 295
5.4.2. Изгиб квадратной диафрагмы 297
5.4.3. Изгиб треугольной и шестиугольной диафрагмы 298
5.4.4. Результаты моделирования и их анализ 300
5.5. Нелинейная модель упругого элемента
микроэлектромеханических систем 307
5.5.1. Электромеханическая система с параллельными электродами... 308
5.5.2. Упругие элементы с прямоугольной диафрагмой, закрепленной по двум сторонам 312
5.5.3. Упругие элементы с диафрагмой, закрепленной по периметру 314
5.6. Заключение по главе 5 318
ГЛАВА 6. Динамические характеристики упругих элементов микромеханических систем 320
6.1. Динамическая модель упругого элемента микромеханических систем 320
6.2. Нелинейная динамическая модель упругого элемента микромеханических систем 332
6.3. Нелинейная динамическая модель упругого элемента микромеханических систем с электростатическим управлением 341
6.4. Демпфирование 352
6.4.1. Демпфирование с помощью поглощающих покрытий 352
6.4.2. Газодинамическое демпфирование 355
6.5. Чувствительность к ускорению 365
6.6. Оптимизация динамических характеристик упругого элемента профилированием 369
6.7. Заключение по главе 6 377
ГЛАВА 7. Проектирование и исследование характеристик датчиков переменных давлений 393
7.1. Конструкция измерительного модуля 393
7.2. Статические характеристики и параметры разработанных датчиков.. 396
7.2.1. Исследование характеристик датчиков с кремниевыми чувствительными элементами 396
7.2.2. Характеристики и параметры датчиков с чувствительными элементами на основе GaAs 398
7.2.3. Блок обработки и визуализации сигнала 400
7.3. Динамические характеристики и параметры разработанных датчиков. 403
7.4. Идентификация динамических параметров датчиков переменных давлений 408
7.4.1. Метод комплексной экспоненциальной аппроксимации Прони 408
7.4.2. Метод максимального правдоподобия 413
7.5. Оценка чувствительности к ускорению 424
7.6. Оптимизация времени установления переходной характеристики... 428
7.6.1. Использование фильтров нижних частот 415
7.6.2. Использование газодинамического демпфирования 416
7.7. Заключение по главе 7 426
Заключение 428
Литература
