發(fā)布時間：2024-06-02 04:51

　　隨著半導(dǎo)體加工工藝的發(fā)展,MEMS器件的尺寸不斷縮小進(jìn)入納米量級,開啟了NEMS器件的研究與應(yīng)用。作為NEMS器件核心部分的納米機(jī)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(yīng)用在超靈敏測量和傳感領(lǐng)域。腔光機(jī)械耦合是光場與機(jī)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(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。將納米機(jī)械諧振器融入腔光機(jī)械系統(tǒng)中,利用腔光機(jī)械耦合探測其機(jī)械振動,構(gòu)成的超低質(zhì)量腔光機(jī)械系統(tǒng)作為質(zhì)量等傳感器在生物化學(xué)檢測分析等領(lǐng)域具有重要研究價值和廣闊應(yīng)用前景。其中,基于硅基光子晶體微腔的超低質(zhì)量腔光機(jī)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(diǎn),使其成為最有前景的方案之一。本論文設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jī)械系統(tǒng),開展了一系統(tǒng)理論、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1(a)Yang等人利用NEMS器件進(jìn)行質(zhì)量傳感的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

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

圖1-2機(jī)械諧振器機(jī)械振動的電學(xué)探測方法；(a)電容探測方法

導(dǎo)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(jī)械諧振器構(gòu)成的電學(xué)回路，機(jī)械振動將在電學(xué)回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流進(jìn)而將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號實(shí)現(xiàn)探測[25]。對于NEMS器件，電學(xué)探測方法獲取....

圖1-3(a)機(jī)械諧振器機(jī)械振動的光學(xué)探測方法

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

圖1-4腔光機(jī)械系統(tǒng)的簡化模型

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

本文編號：3986881