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微纳电子机械系统(NEMS)在半导体技术、痕量检测及一些基础科学研究方面展现了很大的潜力。针对纳机电系统面临的加工、检测和驱动问题,本论文分别在这三方面做了一些工作。
器件加工方面,提出一种FIB刻蚀结合KOH腐蚀的制作纳米梁的新工艺方法。基于单晶硅的材料和工艺特点,辅助利用FIB技术,最终在(110)SOI硅片获得了122nm的单晶硅梁。在KOH腐蚀过程中,(111)自终止面由梁中部区域自校正地扩展至梁两端,直至纳米梁腐蚀成型。本工艺方法具有无晶格损伤层、工艺稳定性好、加工精度较高等优点。
位移检测方面,提出一种新颖的MOS电容下压阻检测方案。MOS电容耗尽层下的掺杂区被用作力敏电阻,绕过了在纳米梁上进行高浓度、浅结深的掺杂这一障碍。在特定温度施加偏置电压后,耗尽区宽度达到最大且仪与掺杂浓度有关,相比于MOS沟道压阻方案更抗干扰。基于双端固支梁,制作了这种MOS电容下压阻检测结构。电学测量结果显示压阻厚度65.8nm,与测量计算结果63.8nm是吻合的,表明了实验结果同理论计算的一致性。
器件驱动方面,实现了一种新颖的MOS电容耗尽层的驱动方式。在双端固支纳米梁上制作了一个MOS电容实现对梁的驱动。栅电极上加驱动电压后,栅极与耗尽区内固定电荷之间的库仑力通过泊松比最终转化成梁的驱动力。本文加工制得了器件原型并进行了测试。振幅测试结果同原理预期相一致。由于此驱动结构允许梁和衬底间有较大距离,有利于提高谐振器Q值。并且因为采用的MOS结构本身有二氧化硅隔绝层,不存在随着氧化而出现器件性能漂移的问题。