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基于MEMS技术制作的硅纳米线及其性质研究

刘文平  
【摘要】:硅纳米线由于特殊的物理性质和潜在的应用前景而越来越受到人们的重视。其较高的比表面积非常适合制作各种传感器,其特殊的机械特性也引发了人们制作纳米谐振器的兴趣。 为实现纳米线的成熟应用首先要解决纳米线的低成本批量制作问题。目前制作硅纳米线的方法中,“自上而下”方法具有高成本和低产率等缺点;“自下而上”则存在定位困难,不便集成等缺点。 本文在MEMS工艺基础上,通过对材料本质的深层认识和简单MEMS工艺的巧妙运用,设计了一种基于各向异性腐蚀和牺牲层工艺的制作流程,在SOI材料上成功地制作出宽度和厚度都在几十纳米到上百纳米范围内的硅纳米线。该工艺流程简单,便于集成,成本低廉,制作出的纳米线均一性好,尺寸可控。在硅纳米线上制作的金属电极保证了良好的欧姆接触;采用缓冲HF腐蚀和CO_2超临界干燥使纳米线悬空于衬底之上,便于进行电学表征和制作谐振器。 对大量上述硅纳米线的测量结果表明:纳米线在氧化层保护下其电学性质较稳定,在BHF腐蚀液中去除氧化层后,其表面态随放置在空气中时间而改变。表现在其电学性质有较大的变化。随着放置在空气中时间的推移,纳米线电阻值持续增大,进一步的实验表明,纳米线表面对于空气中水分子的吸附作用在纳米线电学性质的改变中起到了主要作用。 本文还对采用纳米线制作谐振梁的方案进行了设计。计算了三角形截面纳米线的谐振频率。分析和比较了两种驱动和检测方式,以及描述了纳米线谐振器的噪声和Q值。


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