一种基于MEMS的单晶硅纳米线制造技术研究

【摘要】：本论文研究了一种基于MEMS工艺的硅纳米线制造技术。围绕该纳米线的加工、表征与应用,首先提出了一套基于SOI圆片的硅纳机械加工工艺,研究并确定了单项工艺的具体参数与工艺集成的方法;此后,利用该方法成功的实现了单晶硅纳米线的制备,并对样品进行了显微电子学表征与电学特性分析;最后,基于此纳米线,提出了一种双端固支结构的NEMS谐振器,并对其机械电子特性进行了初步的分析与研究。 本文介绍的基于MEMS的硅纳米线制造技术,以及利用此技术制备的单晶硅纳米线与NEMS谐振器,具有以下优点: 1.采取巧妙的结构设计和准确的工艺控制,避免了传统纳米制造技术中采用的电子束直写等高精度光刻工艺,大大的降低了加工成本,提高了生产效率; 2.通过采用SOI材料,充分利用了MEMS技术中平面工艺批量制作的优势,工艺流程简单易控、工艺成品率较高、与VLSI工艺兼容、易实现大规模批量化生产; 3.所制作的硅纳米线尺度参数可控、规格统一、易于实现阵列化。目前采用本技术实现的单晶硅纳米线结构参数为:长度L为10~(μm)～100~(μm),直径W为～50~(nm); 4.基于此单晶硅纳米线设计的NEMS谐振器具有结构尺寸微小可控(L=～10~(μm),W=～50~(nm))、超低功耗(P_(min)在PW量级)、较高谐振频率(f_0=141.2MHz)以及较高品质因数(Q=1669.74)等特点。 本文提出的基于MEMS的硅纳米线制造技术,有望进一步拓展到纳米电子学器件、纳米光学器件、纳米机械电子生物传感等的设计、加工与制造领域;而本文提出的NEMS谐振器将来则有望运用于超小型超低功耗微波通信器件领域。