隨著半導體加工工藝的發(fā)展,MEMS器件的尺寸不斷縮小進入納米量級,開啟了NEMS器件的研究與應用。作為NEMS器件核心部分的納米機械諧振器,超低的質(zhì)量使其具有極高的探測靈敏度而廣泛應用在超靈敏測量和傳感領域。腔光機械耦合是光場與機械振動之間的耦合,在引力波探測、高精度測量、基態(tài)冷卻、量子信息處理等領域具有巨大的應用潛力。將納米機械諧振器融入腔光機械系統(tǒng)中,利用腔光機械耦合探測其機械振動,構(gòu)成的超低質(zhì)量腔光機械系統(tǒng)作為質(zhì)量等傳感器在生物化學檢測分析等領域具有重要研究價值和廣闊應用前景。其中,基于硅基光子晶體微腔的超低質(zhì)量腔光機械系統(tǒng)具有尺寸小、可片上集成、能夠低成本大規(guī)模制備等優(yōu)點,使其成為最有前景的方案之一。本論文設計并實驗驗證了幾種新型基于光子晶體微腔的硅基片上集成超低質(zhì)量腔光機械系統(tǒng),開展了一系統(tǒng)理論、設計和實驗研究,主要研究成果與創(chuàng)新總結(jié)為以下幾方面:(1)探索開發(fā)了硅基無源光子器件的制備工藝,設計開發(fā)了不同精度拼接曝光的電子束曝光工藝,大大提高光子晶體器件的曝光效率,設計開發(fā)了高深寬比狹縫的制備工藝,在SOI晶片頂硅器件層中制備出寬60 nm深220 nm的狹縫,為后續(xù)器件制備...

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1(a)Yang等人利用NEMS器件進行質(zhì)量傳感的實驗系統(tǒng)圖

圖1-1(a)Yang等人利用NEMS器件進行質(zhì)量傳感的實驗系統(tǒng)圖[23]；(b)質(zhì)量傳感實驗結(jié)果[23]對機械諧振器的機械振動進行探測的方法主要有將機械振動的位移信號轉(zhuǎn)化為電信號的電學探測和轉(zhuǎn)化為光信號的光學探測兩種方法。已經(jīng)實現(xiàn)的電學探測方法有：電容探測[24]、電....

圖1-2機械諧振器機械振動的電學探測方法；(a)電容探測方法

導致電容探測方法的靈敏度顯著降低。而電磁探測方法對于NEMS器件能夠保持較高的探測靈敏度，其原理如圖1-2(b)所示。一穩(wěn)態(tài)磁場通過由機械諧振器構(gòu)成的電學回路，機械振動將在電學回路中產(chǎn)生感應電流進而將機械振動轉(zhuǎn)換成電信號實現(xiàn)探測[25]。對于NEMS器件，電學探測方法獲取....

圖1-3(a)機械諧振器機械振動的光學探測方法

導致探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，易受外界干擾，難以實現(xiàn)小型化。此外，電學探測方法需要機械諧振器構(gòu)成電學回路的一部分，因此需要在其表面制作電極，嚴重降低機械諧振器的品質(zhì)因子，并且使器件制備工藝更為復雜。光學探測方法的原理如圖1-3(a)所示，激光光束聚焦在機械諧振器表面，反射光與參考光干涉將....

圖1-4腔光機械系統(tǒng)的簡化模型

圖1-4腔光機械系統(tǒng)的簡化模型利用腔光機械耦合對機械諧振器的機械振動進行探測的原理如圖1-5所示頻率p（藍色箭頭）位于光學諧振（黑色實線）中且與光學諧振頻率o存時，機械諧振器的機械振動改變光學諧振頻率（綠色和紅色虛線），使頻率

本文編號：3986881