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配备超高质量钻石悬臂的mems传感器芯片的开发
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/12/16

通过这项研究开发的金刚石mems芯片的显微照片以及集成到芯片中的金刚石悬臂之一


由nims领导的研究小组成功开发了高质量的钻石悬臂,该悬臂在室温下达到了最高的质量(q)值。该小组在开发单晶金刚石微机电系统(mems)传感器芯片方面也取得了世界上的首次成功,该传感器芯片可以通过电信号来驱动和感测。这些成就可能以比现有的硅mems更高的灵敏度和更高的可靠性普及金刚石mems的研究。


在mems传感器中,微观悬臂(仅固定在一端的投射光束)和电子电路集成在单个基板上。它们已用于气体传感器,质量分析仪和扫描显微镜探头。为了在包括灾难预防和医学在内的更广泛的领域中的实际应用,它们需要更高的灵敏度和可靠性。


金刚石的弹性常数和机械常数是所有材料中最高的,因此有望用于开发高度可靠和灵敏的mems传感器。但是,由于金刚石的机械硬度,很难对其进行三维显微加工。该研究小组开发了一种“智能切割”制造方法,该方法可以使用离子束对金刚石进行微处理,并于2010年成功制造了单晶金刚石悬臂梁。但是,由于以下原因,金刚石悬臂梁的质量因数与现有硅悬臂梁的质量因数相似:表面缺陷的存在。


该研究小组随后开发了一种新技术,可以对钻石表面进行原子级蚀刻。这种蚀刻技术使该团队可以消除使用智能切割方法制造的单晶金刚石悬臂梁底表面的缺陷。所得悬臂的q因子值(用于测量悬臂灵敏度的参数)大于一百万。跻身世界最高之列。然后,该小组提出了一种新颖的mems器件概念:悬臂,振动悬臂的电子电路和感测悬臂振动的电子电路的同时集成。最后,该小组开发了可通过电信号驱动的单晶金刚石mems芯片并首次成功演示了其操作。该芯片表现出非常高的性能和灵敏度,可以在低压和高达600°c的温度下工作。


这些结果可能会加速对金刚石mems芯片的实际应用至关重要的基础技术的研究,并能开发出能够区分质量差(如单个分子)的极其灵敏,高速,紧凑且可靠的传感器。


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