基于場效應管檢測的新型納機電諧振器基礎研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、納機電諧振器的應用十分廣泛,可作為新的實驗手段來研究量子物理,并可在高靈敏度傳感器和射頻電路等方面得到直接應用,因此得到人們廣泛關注。 在檢測方面,隨著尺寸的進一步減小,目前應用于納機電諧振器的電容、壓阻等檢測方法將遇到信號提取困難,甚至無法工作的問題,必須研究新的檢測方法以滿足應用需求。論文提出一種新型場效應管檢測方法,即將諧振器作為源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū),SOl硅片襯底作柵電極,構成空氣間隙場效應管,利用溝道電流檢測諧振器振動,

2、不管諧振器尺寸多大,該效應均存在,是一種有效的納機電諧振器檢測方法。建立了初步的理論模型,分析表明,溝道電流可反應振動情況,二倍頻分量最易檢測振動;發(fā)現(xiàn)了由機械振動引起場效應管輸出特性曲線中的負阻現(xiàn)象,并在實驗中得到驗證。采用等離子體處理工藝解決了掏空后器件不能正常工作的問題。在源、漏電極和柵極間增加去寄生電極有效地消除了寄生信號。 在制作方面,隨著納機電諧振器由梁結構進一步發(fā)展為線結構,目前標準的納米線加工方法不適于批量制作,

3、而新發(fā)展的一些利用材料和工藝特性的加工方法,或工藝、版圖設計較復雜,或器件尺寸不容易控制,發(fā)展工藝簡單可靠、可精確控制尺寸的加工方法是納機電諧振器進一步發(fā)展迫切需要解決的問題。論文在制作梁式諧振器時首次發(fā)現(xiàn)了含HF酸溶液選擇性腐蝕PN結N型區(qū)域現(xiàn)象,對腐蝕機理進行了探討。常溫下腐蝕速率小于1nm/min,腐蝕后樣品表面非常光滑,可用于納米結構的加工?;谠摤F(xiàn)象發(fā)展了一套納機電諧振器加工工藝,完全采用標準MEMs工藝,工藝簡單,通過控制初

4、始SOl硅片頂層硅厚度和BOE腐蝕時間可精確控制納米線尺寸,利用該工藝制作了寬和厚50nm左右的諧振器結構。劉等人提出了一種基于TMAH各向異性腐蝕的諧振器加工工藝,控制氧化厚度及TMAH腐蝕時間可精確控制尺寸。但是該工藝采用氮化硅作TMAH腐蝕的掩膜,而生長和刻蝕氮化硅需要采用LPCVD和Ion Beam,工藝較復雜。論文采用氧化硅取代氮化硅作TMAH各向異性腐蝕掩膜,改進了該工藝,制作了幾百納米寬,幾十納米厚的樣品。 對實際

5、應用來說,噪聲是制約諧振器性能的重要因素;而輻射損傷則是航空航天領域應用必須解決的問題。目前多數(shù)研究者將輻射導致的微/納器件性能改變歸因于電學性能的改變,而對輻射引起器件機械性能的改變則較少涉及,這對諧振器這類強烈依賴結構機械性能的器件來說,是不夠的。論文建立了初步的微/納機電諧振器噪聲模型,仿真分析表明對于微機電諧振器及目前常見的納機電諧振器來說,諧振頻率附近噪聲主要由布朗噪聲引起,遠離諧振頻率處噪聲由隨機溫度漂移噪聲、Johnson

6、噪聲及布朗噪聲共同決定。高真空、超低溫條件可獲得較好的噪聲性能。對微/納機電諧振器進行了電子和鈷60 γ射線輻射實驗,測得了諧振頻率、Q值等機械性能變化,并且這些變化在常溫下可退火。對結果進行了初步分析,輻射在材料內部引入缺陷,引起內應力,改變內耗,導致材料機械參數(shù)變化,引起諧振器諧振頻率漂移,Q值變化;電子輻射以及鈷60 Y射線輻射引起的缺陷不是永久的,在常溫下可退火。本文提出了一種新型納機電諧振器檢測方法,即場效應管檢測方法,該方法

7、不受諧振器尺寸的限制;發(fā)展了一套基于BOE溶液選擇性腐蝕PN結N型區(qū)域現(xiàn)象的納機電諧振器加工工藝,其工藝簡單,并可精確控制諧振器尺寸;改進了劉等人提出的基于TMAH各向異性腐蝕的納機電諧振器加工工藝;建立了初步的諧振器的噪聲模型;對微/納機電諧振器進行了電子和鈷60 Y射線輻射實驗,并對實驗結果進行了初步分析。通過本論文的工作,為納機電諧振器的進一步發(fā)展打下了良好的基礎,為提高微/納機電諧振器性能,推動微/納機電諧振器在航空航天領域的應

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