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开发配备超高品质金刚石悬臂的MEMS传感器芯片

发布时间:2019-01-26 09:29:53 来源:

NIMS领导的一个研究小组成功地开发出了一种高质量的金刚石悬臂,其在室温下具有最高质量(Q)因子值。该集团还首次成功开发出可以通过电信号驱动和检测的单晶金刚石微机电系统(MEMS)传感器芯片。这些成就可以推广对金刚石MEMS的研究,其灵敏度和可靠性明显高于现有的硅MEMS。

MEMS传感器 - 其中微观悬臂(仅固定在一端的投射光束)和电子电路集成在一个基板上 - 已用于气体传感器,质量分析仪和扫描显微镜探头。对于MEMS传感器应用于更广泛的领域,例如防灾和医学,其灵敏度和可靠性需要进一步提高。金刚石的弹性常数和机械常数是所有材料中最高的,使其有望用于开发高可靠性和灵敏度的MEMS传感器。然而,由于其机械硬度,金刚石的三维微加工是困难的。该研究小组开发了“智能切割”

该研究小组随后开发了一种新技术,可以对金刚石表面进行原子级蚀刻。该蚀刻技术允许该组去除使用智能切割方法制造的单晶金刚石悬臂的底表面上的缺陷。由此产生的悬臂显示出Q因子值 - 一个用于测量悬臂灵敏度的参数 - 超过一百万; 在世界上最高的。该小组随后制定了一种新颖的MEMS器件概念:同步集成悬臂,振荡悬臂的电子电路和感应悬臂振动的电子电路。最后,该小组开发出一种可以通过电信号驱动的单晶金刚石MEMS芯片,并成功地首次证明了其在世界上的运行。该芯片表现出非常高的性能; 它非常灵敏,能够在低电压和高达600°C的温度下工作。

这些结果可以加速对对金刚石MEMS芯片的实际应用至关重要的基础技术的研究,以及开发极其敏感,高速,紧凑和可靠的传感器,这些传感器能够区分不同于单个分子的光的质量。

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