微纳机电谐振结构与传感器研究

来源 :中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtipdx
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微纳机电谐振器以其体积小、质量轻、工作频率高且对某些环境变化十分敏感,可用于高灵敏度传感器;此外还可作为RF滤波器、振荡器、频率基准元件等在射频电路中得到直接应用,因此越来越受到人们的关注,具有重要的研究意义。   本文设计制作了一种厚度为95nm的集成式硅谐振悬臂梁传感器。通过悬臂梁上金属线圈在稳定磁场中产生的洛伦兹力对其进行驱动,同时利用悬臂梁上的压阻元件对其谐振信号进行探测。对于纳米厚度的硅悬臂梁来说,本文创新性地提出了贯穿硅梁厚度的扭转模态压阻检测方法,打破了传统压阻检测中性面的限制;通过谐振特性测量实验,该压阻检测方案得到了很好的验证。   用于生化物质检测的微纳悬臂梁传感器有两种敏感模式:对吸附在悬臂梁上的质量敏感和对吸附导致的表面应力敏感。目前,大多数的谐振式悬臂梁传感器在应用过程中,都是将质量增大引起谐振频率降低视为准确信号,而将吸附产生表面应力引起谐振频率上升视为干扰影响,予以抑制。然而,本文研究发现,当悬臂梁的厚度达到纳米量级时,就对频率漂移的影响来说,表面应力敏感将超越传统的质量吸附敏感;利用表面应力敏感的方法进行生化痕量检测,传感器将具有更优的灵敏度性能。   另外,本文还制作了一系列厚度在几十纳米的硅双端固支谐振梁,针对其结构特点提出了进行静电激励与感生电动势检测的方法来研究其谐振特性。
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