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自从1954年Smith发现硅材料的压阻效应后,硅材料的压阻效应就被研究和应用于传感器的制作。基于硅材料压阻效应的传感器有制作成本低,体积小,集成电路简单等优点。近期,硅纳米材料的制造与特性被许多MEMS研究机构所关注。现阶段对于硅纳米材料性质的模拟和实验表明一维硅纳米材料有着体硅材料所不具有的性质。人们一直希望纳米尺度下硅材料的压阻特性有明显的提升。相对于n型掺杂硅而言,p型单晶硅表现出更明显的压阻效应。p型硅纳米线的实验研究对硅材料在未来纳米领域的应用有着很重要的意义。
为了研究硅纳米材料的压阻特性,在SOI片上加工制作了厚度为60纳米的硅纳米线。纳米线的线宽从50纳米逐渐加宽到15微米。硅纳米线被制作在SOI片上的<110>晶向上,因为人们发现P型硅材料在此晶向上的压阻效应最为显著。纳米线制作完成后,在硅纳米线上淀积了一层100纳米厚的二氧化硅来保护硅纳米线。最后在硅纳米线两端制作了连接导线的金属电极。为了能方便地测量出硅纳米线的电阻变化,硅纳米线被制作在一个能够弯曲的悬臂梁结构之上。悬臂梁的长为1.6cm,宽为2mm,厚为300μm。通过弯曲悬臂梁的末端,可以对梁上的硅纳米线产生拉伸作用力。在第三章中详细介绍了硅纳米线的设计与工艺流程。在第四章测量了硅纳米线在受拉伸应力后其电阻的变化量,并用ANSYS仿真的方法计算出了硅纳米线所受的应力大小,进而计算出来了硅纳米线的压阻系数。实验结果表明,厚度为60纳米、线宽为2微米的硅纳米线的压阻系数要比体硅增大约20%。