基于压阻检测的双端固支硅纳米梁研究

来源 :中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:cwq2214
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NEMS谐振器作为痕量传感器在生化检测等领域应用获得广泛关注,而纳米尺度下器件的谐振特性检测成为一个关键技术问题。在硅基谐振器特性的主要检测方法中,压阻检测方法因易于实现、易于与器件集成等优点而应用甚多,但是在纳米厚度的NEMS谐振器上形成压阻器件是实现压阻检测的一个挑战。本文工作主要探索硅纳米谐振器上压阻检测的实现方法,以促进器件的实际应用。本文创新性地提出利用Ar离子选择性注入纳米厚度的双端固支硅纳米梁,以形成压阻器件的技术方案。其基本原理是,注入的高能量Ar离子,破坏了硅梁单侧的原子结构,形成纳米厚度的硅无定形区域。未经退火修复的无定型硅中具有大量的断裂价键,其电导率明显下降,而无Ar离子注入的其他部分则保持原有的原子结构和电导率,在纳米梁的厚度方向上形成电导梯度,从而表现出压阻特性。本文总结介绍了微纳器件相关的主要噪声和阻尼机制,对双端固支梁的谐振频率和其谐振模态进行了理论分析计算,完成了NEMS谐振器的结构设计。在比较分析了微纳谐振器的激励方式的基础上,确定以静电激励作为我们实验的激励方式。同时,介绍了硅的压阻性质,并分析了本文工作所涉及的硅纳米梁器件的压阻电阻变化率。本文采用基于MEMS技术的纳米制造方法,重点分析研究了KOH各向异性腐蚀技术的特点,结合体MEMS工艺中的干法刻蚀等关键工艺,在(111)硅片上制作出了厚度约为200nm的双端固支硅纳米梁。利用Ar离子选择性注入方法,在该硅纳米梁上形成了用于实测的压阻器件。本文设计了静电激励和压阻检测电路系统,实现了双端固支硅纳米梁静态和动态特性测量。静态测量表明,Ar离子注入所形成的压阻电阻,相对静态偏置电压的具有0.5%/V左右的变化率。在大气下,实现了双端固支硅纳米梁的谐振特性的检测,得到谐振频率为400KHz,Q值为7.9;对硅纳米梁进行退火后可以获得更高的Q值,达394。我们认为,适度的退火可以对Ar离子注入损伤进行部分修复,降低能量耗散,在保持压阻特性的同时可提高Q值,有利于器件的实际应用。
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摘要:带电粒子在磁场中的运动问题一直以来是高考和各地模拟考的热点与难点,对于学生而言之所以难是因为这类题目往往结合运动学和复合场的知识。其抽象的空间想象力和复杂的运动过程成了学生谈“磁”色变的主因。在此,笔者结合课堂中的教学经验,着重谈谈速度大小相同、方向不同的带电粒子源在磁场中的运动问题。  关键词:发散型带电粒子;圆形磁场;运动  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1992-