一种基于电泵浦片上InGaN量子肼梁三轴加速度计及其制备方法

本发明专利涉及惯性导航，尤其涉及一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计及其制备方法。

背景技术：

1、惯性导航是一种利用惯性传感器测量运动物体的加速度和角速度来确定其位置、速度和方向的导航技术。在过去的几十年中，惯性导航已经广泛应用于航空航天、海洋、陆地等领域，成为许多导航系统中不可或缺的部分。

2、惯性传感器技术是惯性导航的核心技术之一，它包括了加速度计和陀螺仪等传感器。加速度计通过测量物体在惯性参考系下的加速度，可以提供物体在三个方向上的加速度信息，从而确定其位置和速度。陀螺仪则可以测量物体的角速度，从而提供方向信息。这些传感器可以提供非常重要的信息和数据，被广泛应用于航空航天、汽车、机器人等领域。

3、随着传感器技术和微电子技术的不断发展，加速度计已经成为一种小型、低功耗、高精度的传感器，广泛应用于手机、手表、游戏控制器等消费电子产品中。同时，加速度计也成为了机器人、自动驾驶汽车、运动健康监测等新兴领域的核心技术之一。

4、目前现有技术中的加速度计还无法测量三维空间的加速度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计及其制备方法，可以测量水平方向x轴和y轴以及垂直方向z轴的加速度。

2、为解决现有技术问题，本发明公开了一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，包括四条首尾相接的梁，四条梁围成四边形，四条梁之间的连接处设置电极，用于以四边形建立坐标系测量水平方向x轴和y轴以及垂直方向z轴的加速度；

3、每条梁包括硅衬底层、氮化铝层、n型氮化镓层、量子阱层和p型氮化镓层，所述硅衬底层包括底面和设于底面的硅柱，所述硅柱支撑氮化铝层，所述氮化铝层的上表面连接n型氮化镓层，所述n型氮化镓层的边缘处呈阶梯状台面，所述量子阱层设于呈阶梯状台面的上台面，所述p型氮化镓层设于量子阱层的上表面，所述p型氮化镓层的上表面以及呈阶梯状台面的下台面均设有电极。

4、进一步地，所述电极包括p型电极和n型电极，所述p型电极设于p型氮化镓层上表面，所述n型电极设于呈阶梯状台面的下台面。

5、进一步地，所述p型电极的边缘不与p型氮化镓层的边缘重合。

6、进一步地，所述n型电极的边缘不与n型氮化镓层的边缘重合。

7、进一步地，p型电极和n型电极均为环形电极。

8、相应地，一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计的制备方法，包括以下步骤：

9、采用硅基氮化镓晶片为载体，在硅基氮化镓晶片的p型氮化镓上表面旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义由四条梁围成的四边形；

10、采用电子束蒸镀技术在四边形上蒸镀金属镍，最后去除残留的光刻胶；

11、采用icp刻蚀技术向下刻蚀氮化物层直至衬底硅层的上层，从而将定义的四边形转移至硅基氮化物晶片的硅衬底层中，然后用稀硝酸去除金属镍；

12、在硅基氮化镓晶片的p型氮化镓上表面重新旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义四边形；

13、采用电子束蒸镀技术在图形上蒸镀金属镍，随后去除残留的光刻胶；

14、采用icp刻蚀技术向下刻蚀氮化物层直至n型氮化镓的中层，从而将定义的四边形转移至硅基氮化物晶片的n型氮化镓层中，然后用稀硝酸去除金属镍；

15、在n型氮化镓表面和p型氮化镓表面旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义n型和p型电极区域的图形；

16、采用电子束蒸镀技术在p型区透明电极图形上表面上蒸镀正电极，在n型区透明电极图形上表面上蒸镀负电极，使得p型氮化镓层镀上正电极，n型氮化镓层镀上负电极，最后去除残留的光刻胶，获得p型区电极和n型区电极；

17、采用氢氟酸与稀硝酸的混合液湿法刻硅，直至硅衬底层形成一个上窄下宽的梯形底座，以及由四条悬梁围成的三轴加速度计。

18、进一步地，所述正电极和负电极均为蒸镀的au/ni。

19、本发明具有的有益效果：

20、本发明具有以下优点：本发明的四梁结构可以基于四边形建立坐标系测量水平方向x轴和y轴以及垂直方向z轴的加速度；基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计的尺寸小，制备简单并且容易获得高精度的加速度。

技术特征：

1.一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，其特征在于，包括四条首尾相接的梁，四条梁围成四边形，四条梁之间的连接处设置电极，用于以四边形建立坐标系测量水平方向x轴和y轴以及垂直方向z轴的加速度；

2.根据权利要求1所述的基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，其特征在于，所述电极包括p型电极(6)和n型电极(7)，所述p型电极(6)设于p型氮化镓层(5)上表面，所述n型电极(7)设于呈阶梯状台面的下台面。

3.根据权利要求2所述的基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，其特征在于，所述p型电极(6)的边缘不与p型氮化镓层(5)的边缘重合。

4.根据权利要求2所述的基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，其特征在于，所述n型电极(7)的边缘不与n型氮化镓层(3)的边缘重合。

5.根据权利要求2所述的基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计，其特征在于，p型电极(6)和n型电极(7)均为环形电极。

6.一种基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于电泵浦片上ingan量子肼梁三轴加速度计的制备方法，其特征在于，所述正电极和负电极均为蒸镀的au/ni。

技术总结本发明公开了一种基于电泵浦片上InGaN量子肼梁三轴加速度计的设计及其制备方法，该三轴加速度计以硅基氮化物为载体，包括从下至上依次设置的硅衬底层、氮化铝层、n型氮化镓层、量子肼层、p型氮化镓层、设置在所述p型氮化镓层上的p型电极、设置在所述n型氮化镓层边缘的n型电极，硅衬底层进行悬空，形成一个位于氮化铝层下方的上窄下宽的梯形底座。整个三轴加速度计由2个p型和2个n型电极首尾相连，构成一个正四边形，可以测量水平方向x轴和y轴以及垂直方向z轴的加速度。技术研发人员：朱刚毅,孙志伟,樊学峰,秦飞飞,孙雷孟,梁金星受保护的技术使用者：南京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/1/13