專利名稱：犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶壓敏電阻的納米梁諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振器，特別是納米梁諧振器。
背景技術(shù)：
納米梁諧振器是十分典型的納機(jī)電(Nano Electromechanical System，NEMS)器件。它不僅可作為射頻濾波器、振蕩器、頻率基準(zhǔn)元件等在射頻電路中得到直接應(yīng)用，而且許多傳感器是以諧振器為基礎(chǔ)的，例如諧振式傳感器、陀螺等。在微機(jī)電(Micro ElectromechanicalSystem，NEMS，MEMS)器件中，已發(fā)展了很多與MEMS器件相適宜的激勵(lì)和檢測方式，例如電磁、靜電、壓阻、激光等等。但對(duì)一個(gè)納米梁諧振器來說，由于體積太小，在MEMS器件中普遍使用的激勵(lì)和檢測手段將不再適合于納米梁諧振器。目前用于納米梁諧振器的檢測方法，例如強(qiáng)磁場輔助的電磁檢測，由于信號(hào)比較小，而背景卻很強(qiáng)，從而檢測電路的動(dòng)態(tài)范圍大部分被背景所占用。而另一種類似于惠斯頓電橋的差分檢測方法，由于信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電壓是同頻率的，對(duì)于分析噪聲等對(duì)比度要求比較高的場合存在一定的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、適應(yīng)檢測的犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶壓敏電阻的納米梁諧振器。且制作工藝簡單，與NEMS工藝兼容，又與靜電驅(qū)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測三者全集成。
本發(fā)明的上述目的是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的包含納米梁諧振器及其金屬電極，所述納米梁諧振器是在絕緣層上硅材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制作出的，在其中及其兩端中進(jìn)行摻雜形成壓敏電阻的納米梁。
根據(jù)(日本的T.Toriyam等人研究)單晶硅和多晶硅納米線的壓阻效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)縱向壓阻系數(shù)隨截面積減小而增加，而切向壓阻效應(yīng)隨截面的比例增加而減小。在50nm尺寸的納米梁上可能出現(xiàn)50％的增加。因此即使在納米尺寸的梁上仍然存在壓阻效應(yīng)，本發(fā)明提出基于犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶壓敏電阻的納米梁諧振器結(jié)構(gòu)，利用器件內(nèi)部的壓阻效應(yīng)來檢測納米梁的振動(dòng)。在絕緣層上硅(Silicon on Insulator，SOI)材料上制作出納米梁，在納米梁及其兩端同時(shí)進(jìn)行摻雜，形成一個(gè)壓敏電阻。在底電極上加上交變的激勵(lì)電壓時(shí)，將引起納米梁的振動(dòng)，由于壓阻效應(yīng)，納米梁兩端的壓敏電阻的阻值將產(chǎn)生變化，檢測這一變化可以測出納米梁的振動(dòng)幅度和頻率。
本發(fā)明由于通過檢測納米梁的壓阻效應(yīng)，能很方便地檢測出納米梁的振動(dòng)。本發(fā)明的器件制作工藝簡單，與NEMS工藝兼容，而且可與靜電驅(qū)動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測三者全集成。而且不管納米梁的尺寸如何改變，這種檢測方法均是適用的。因此，本發(fā)明的實(shí)施，可以為今后納米諧振器降低成本、推廣應(yīng)用范圍起到很好的作用。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1、圖2，本發(fā)明是以SOI硅外延片為原材料，采用微納機(jī)械加工工藝制造。懸臂納米梁6制造是以光刻膠作為掩模，用反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching)工藝刻蝕硅層4到SOI中間的二氧化硅絕緣層3，然后再利用犧牲層腐蝕技術(shù)將納米梁6下面的二氧化硅絕緣層3掏空。使用該工藝制作出的懸臂納米梁6側(cè)壁垂直。
具體制作工藝描述如下1、以SOI硅外延片為原材料，經(jīng)切割、清洗等制成標(biāo)準(zhǔn)的硅外延片。
2、對(duì)硅外延片進(jìn)行硼或磷注入形成重?fù)诫s。
3、利用電子束直寫(Electron beam direct writing)技術(shù)光刻出納米梁6的圖形。
4、光刻后利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕出納米梁6的結(jié)構(gòu)。
5、利用真空蒸發(fā)技術(shù)和光刻技術(shù)刻蝕出納米梁6兩端金屬電極5、7。
6、利用犧牲層腐蝕技術(shù)腐蝕掉納米梁6下面的二氧化硅絕緣層3，使納米梁3下面懸空形成空中橋梁(Air-Bridge)的結(jié)構(gòu)。
7、在硅襯底2的底面上制作金屬底電極1。
對(duì)于納米梁諧振器來說，主要性能指標(biāo)包括工作頻率、品質(zhì)因素及信噪比。這一結(jié)構(gòu)中，在金屬底電極1上加上交變的激勵(lì)電壓時(shí)，將引起納米梁6振動(dòng)，這樣由于壓阻效應(yīng)，納米梁6兩端的壓敏電阻的阻值將產(chǎn)生變化，檢測這一變化可以測出納米梁6的振動(dòng)幅度和頻率。
權(quán)利要求
1.一種犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶壓敏電阻的納米梁諧振器，包含納米梁諧振器及其金屬電極(5、7)，其特征在于所述納米梁諧振器是在絕緣層上硅材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制作出的，在其中及其兩端中進(jìn)行摻雜形成壓敏電阻的納米梁(6)。
全文摘要
一種犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶壓敏電阻的納米梁諧振器，包含納米梁諧振器及其金屬電極，納米梁諧振器是在絕緣層上硅(SOI)材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制作出的納米梁，并在納米梁及其兩端摻雜形成一個(gè)壓敏電阻。本發(fā)明制作工藝簡單，與NEMS工藝兼容，又與靜電驅(qū)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測三者全集成。為納米梁諧振器降低成本、推廣應(yīng)用范圍起到很好的作用。
文檔編號(hào)H03H9/125GK1625047SQ200410089178
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者金仲和, 鮑景富, 馬慧蓮, 丁純, 王躍林 申請人:浙江大學(xué)