[发明专利]一种压阻式金硅复合纳米梁谐振器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种压阻式金硅复合纳米梁谐振器及其制作方法，所述谐振器包括一个双端固定的金硅复合纳米梁、匹配电阻(7)、将金硅复合纳米梁上的压阻区和匹配电阻引出的第一铝电极(8)、第二铝电极(9)、第三铝电极(10)、与金硅复合纳米梁顶部金层相连的金电极(11)、与衬底相连的第四铝电极(12)；其层状结构为：在衬底(1)上的两边分别设有氧化牺牲层(2)，在氧化牺牲层(2)上设有单晶硅(3)，在单晶硅(3)中的一边设有压阻区(4)，在单晶硅(3)和压阻区(4)的上部设有氮化硅绝缘层(5)，在氮化硅绝缘层(5)上设有金层(6)。本发明制作工艺简单，在制作小尺寸梁的基础上尽量降低了成本；激励和检测方法简单，不需要复杂的设备，检测和激励间的耦合小；有效增强了压阻效应，降低了检测难度。

所属领域

本发明涉及一种压阻式金硅复合纳米梁谐振器，属于纳米传感器技术领域。

背景技术

硅纳米梁是纳机电系统(Nano Electromechanical System，NEMS)的典型应用结构，由于结构自身的质量极其微小，做成的谐振器谐振频率可以高达GHz，品质因数也可达10⁵，具有超高的力学灵敏度，同时也满足当今低功耗的发展趋势。这些优异的性能使纳米梁在超高灵敏质量探测、超小力和超小位移探测、生物化学传感等方面有很好的应用前景。但是由于器件尺寸太小，很难像微米谐振器那样加工出复杂的结构去加强器件的某些性能，只能用较简单的结构去实现。过小的尺寸也对纳米梁的激励与检测提出了更大的挑战，因为小尺寸意味着被测信号很微弱，极容易被背景噪声淹没，被测信号与激励信号间的耦合也容易影响检测。纳米梁谐振器要想实现广泛应用，激励与检测方法还必须具备低成本、小型化、实时性等特点。现有的激励和检测方法，如电磁激励与检测方法，需要强磁场环境，增加了电路负担，并使实验设备变得庞大而昂贵；激光激励与激光参量放大检测法，需要大型的光学仪器，且随着纳米器件尺寸的进一步缩小，很快会到达光学检测分辨率的极限；还有一般的静电激励与压阻检测方法，将压阻区作为检测信号输出端的同时，也作为激励电极，使得激励与检测耦合非常大，极易将被测信号淹没。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单、制作工艺简单的一种压阻式金硅复合纳米梁谐振器及其制作方法，适应于静电驱动和压阻检测，可以消除激励和检测信号间的耦合，同时增强压阻信号的输出。

技术方案：本发明的一种压阻式金硅复合纳米梁谐振器包括一个双端固定的金硅复合纳米梁、匹配电阻、将金硅复合纳米梁上的压阻区和匹配电阻引出的第一铝电极、第二铝电极、第三铝电极、与金硅复合纳米梁顶部金层相连的金电极、与衬底相连的第四铝电极；其层状结构为：在衬底上的两边分别设有氧化牺牲层，在氧化牺牲层上设有单晶硅，在单晶硅中的一边设有压阻区，在单晶硅和压阻区的上部设有氮化硅绝缘层，在氮化硅绝缘层上设有金层。

其中：

所述的金硅复合纳米梁主体为单晶硅，通过离子注入在金硅复合纳米梁上靠近锚区的位置产生一个和匹配电阻完全相同的压阻区，纳米梁的顶层溅射了一金层，在金层与单晶硅之间有一层很薄的氮化硅绝缘层。

所述的金硅复合纳米梁主体的一端接金电极，另一端分别接第一铝电极、第二铝电极。

所述的匹配电阻的一端接第二铝电极，另一端接第三铝电极。

所述金硅复合纳米梁的形状为H型，四脚较细，可以起到应力集中的作用，使压阻效应更明显。

本发明的压阻式金硅复合纳米梁谐振器的制作方法基于SOI工艺，并将掩模光刻与电子束光刻相结合，步骤如下：

步骤1：SOI硅片准备；

步骤2：溅射铬和金，产生离子束光刻的标记；

步骤3：电子束光刻画出离子注入区域，离子注入产生压阻区和匹配电阻；