研究前沿:微机电系统MEMS-关键器件材料 | Nature Electronics

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查看115 | 回复0 | 2024-7-27 12:04:35 |阅读模式
具有集成电子传感和驱动的有源微机电系统microelectromechanical systems (MEMS) ,可提供力、加速度和生物分析物的快速且灵敏测量。集成在微机电系统MEMS悬臂梁上的应变传感器,广泛用于将施加的力,转换为电信号,例如原子力显微镜和分子检测。
然而,例如硅或氮化硅的传统微机电系统MEMS材料,高杨氏模量限制了器件的厚度,并且因此限制了特定弹簧常数所能获得的挠曲deflection灵敏度。近日,瑞士 洛桑联邦理工学院(École Polytechnique Fédérale de Lausanne,EPFL)Nahid Hosseini, Matthias Neuenschwander,Georg E. Fantner等,在Nature Electronics上发文,报道了具有低杨氏模量的聚合物材料,可集成到厚而软的聚合物-半导体-陶瓷微机电系统MEMS悬臂中。还开发了一种多层制造方法,使得高温工艺,可用于压阻式半导体应变传感器的沉积和掺杂,而不会损伤聚合物层。这种三层悬臂梁与同等的自感测硅悬臂梁相比,力噪声降低了六倍。系统中的应变传感电子设备嵌入在聚合物和陶瓷层之间,这使得该技术还兼容流体。

A polymer–semiconductor–ceramic cantilever for high-sensitivity fluid-compatible microelectromechanical systems.
聚合物-半导体-陶瓷悬臂梁,用于高灵敏度流体兼容微机电系统。


图1: 在不同读出机制中,将力转换为电压。


图2: 三层悬臂概念和性能。


图3: 三层技术的理论和实验评估。


图4: 用于真空中,振幅调制amplitude-modulation,AM-原子力显微镜atomic force microscopy,AFM三层悬臂的高跟踪带宽。


图5: 用于各种扫描探针技术平台的三层悬臂。


图6: 用于防流体薄膜表面应力传感的三层微机电系统MEMS。
文献链接Hosseini, N., Neuenschwander, M., Adams, J.D. et al. A polymer–semiconductor–ceramic cantilever for high-sensitivity fluid-compatible microelectromechanical systems. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01195-zhttps://www.nature.com/articles/s41928-024-01195-z本文译自Nature。
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