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开发配备超高品质金刚石悬臂的MEMS传感器芯片

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-28浏览次数:1580

由NIMS领导的研究团队成功开发出一种高质量的金刚石悬臂,在室温下具有最高的质量(Q)因子值。该集团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。这些成果可以促进金刚石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)和集成在单个基板上的电子电路 - 已用于气体传感器,质量分析仪和扫描显微镜探头。对于要在更广泛的领域中使用的MEMS传感器,例如防灾和医学,需要进一步提高灵敏度和可靠性。 Diamond的弹性常数和机械常数是所有材料中最高的,因此有望用于开发具有高可靠性和灵敏度的MEMS传感器。然而,由于其机械硬度,金刚石的三维微机械加工是困难的。研究团队开发了“智能切割”

随后,该团队开发出一种新技术,可以对金刚石表面进行原子蚀刻。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Q因子值 - 一个用于测量悬臂灵敏度的参数 - 超过一百万;世界上最高的。随后,该团队开发了一种新颖的MEMS器件概念:同步集成悬臂,振荡悬臂的电子电路,以及感应悬臂振动的电子电路。最后,该团队开发出一种可以通过电信号驱动的单晶金刚石MEMS芯片,并成功地首次在世界范围内展示了其运行。该芯片具有非常高的性能;它非常灵敏,可在低至600°C的低电压和低温下工作。

这些结果加速了对金刚石MEMS芯片实际应用至关重要的基础技术的研究,以及极其敏感,高速,紧凑和可靠的传感器的开发,这些传感器可以区分单个分子的光质。