[发明专利]加速度计结构及其制备方法、加速度测量方法

权利要求书

1.一种加速度计结构，其特征在于，所述加速度计结构包括：

基底，所述基底中形成有凹槽结构；

测试质量块，悬浮在所述凹槽结构上方；

纳米系链，悬浮在所述凹槽结构上方，并连接所述测试质量块与所述基底，定义所述测试质量块的受力方向为第一方向，与所述第一方向垂直的方向为第二方向，其中，所述纳米系链的数量为偶数个，且分布在所述测试质量块的两侧，并关于所述第一方向对称设置；

纳米光子晶体测量单元，悬浮在所述凹槽结构上方，并连接所述测试质量块与所述基底，其中，所述纳米光子晶体测量单元设置在所述测试质量块的一侧，并相对于所述测试质量块设置在所述第一方向上，所述纳米光子晶体测量单元包括测量中心区，所述测量中心区定义有相互垂直的X方向和Y方向，沿Y方向，包括至少一行第一空洞以及至少两行分别位于所述第一空洞两侧的第二空洞，且沿X方向，每一行空洞的排布方式为所有所述空洞中相邻的两个为一组，在每一组中形成一空洞间距，各所述空洞间距在所述测量中心区呈不均等分布，不均等分布包括中间数值大两侧数值逐渐减小的分布方式，或中间数值小两侧数值逐渐增大的分布方式，以形成所述光子晶体谐振腔，基于所述纳米光子晶体光学谐振腔的腔谐振张力传感器测量由施加于所述测试质量块的加速度产生的作用于所述光子晶体谐振腔的应力，以基于光弹性光-机械耦合，通过所述光子晶体谐振腔的共振频率表征所述测试质量块受到的加速度。

2.根据权利要求1所述的加速度计结构，其特征在于，所述纳米系链沿所述第二方向的长度介于50μm-1mm之间，所述纳米系链沿所述第一方向的宽度介于300nm-10μm之间。

3.根据权利要求1所述的加速度计结构，其特征在于，所述测试质量块的材料包括氮化硅及硅中的任意一种；所述纳米光子晶体测量单元的材料包括氮化硅及硅中的任意一种；所述纳米系链的材料包括氮化硅及硅中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的加速度计结构，其特征在于，所述加速度计结构还包括光波导结构，所述光波导结构与所述光子晶体谐振腔相连接。

5.根据权利要求1所述的加速度计结构，其特征在于，基于光-机械耦合率，设置所述光子晶体谐振腔，其中，所述光-机械耦合率g表示为：g₀是单光子耦合率，是光子晶体谐振腔中的光子数。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的加速度计结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供基底，所述基底包括衬底及形成在所述衬底上的器件功能层；

采用光刻与刻蚀的工艺在所述器件功能层中制备所述测试质量块、所述纳米系链及所述纳米光子晶体测量单元；

基于湿法或干法腐蚀工艺去除部分所述基底，以形成所述凹槽结构，并使得所述测试质量块、所述纳米系链及所述纳米光子晶体测量单元悬浮在所述凹槽结构上方。

7.根据权利要求6所述的加速度计结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为硅衬底，所述器件功能层为氮化硅层；或者，所述基底为SOI衬底，所述测试质量块、所述纳米系链及所述纳米光子晶体测量单元形成在顶层硅层中，且所述凹槽结构基于中间埋氧层形成。

8.一种采用如权利要求1-5中任意一项所述的加速度计结构进行的加速度测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

提供如权利要求1-5中任意一项所述的加速度计结构；

在所述测试质量块上施加外力，提供待测加速度；

获取所述纳米光子晶体测量单元中的所述光子晶体谐振腔的共振频率，以基于所述光子晶体谐振腔的共振频率及其变化表征所述测试质量块受到的所述待测加速度。

9.根据权利要求8所述的加速度计结构的加速度测量方法，其特征在于，通过所述光波导结构获取所述光子晶体谐振腔的所述共振频率及其变化。