26、微纳机电系统前沿：双悬臂装置与微型加速度传感器的创新应用

微纳机电系统前沿：双悬臂装置与微型加速度传感器的创新应用

在微纳机电系统（MEMS/NEMS）领域，新技术和新设备的不断涌现正推动着纳米级分析和操作的发展。本文将介绍两种具有创新性的设备：双悬臂装置和微型三维自由度压阻式加速度传感器，探讨它们的设计、制造和应用。

双悬臂装置：多功能的扫描探针显微镜元件

扫描探针显微镜（如原子力显微镜或扫描隧道显微镜）在纳米级分析和纳米世界的实际操作中发挥了革命性的作用。然而，目前该技术的一个基本缺陷是每次通常只有一个元件在工作，限制了其大规模和工业应用。为了提高效率和速度，需要将其扩展到多尖端操作。

双悬臂装置的概念

双悬臂装置基于静电驱动的悬臂舌片，每个舌片都集成了探针尖端。这些舌片可以独立移动，并且可以测量它们的单独偏转。为了操作该装置，开发了一个完全适配的显微镜环境，包括机械平台、电子设备和数字控制。

• 总体设置 ：悬臂舌片由硅晶圆制成，并与带有金属电极的派热克斯玻璃芯片结合。通过在悬臂舌片和其对电极之间施加电压，可以控制舌片的移动。悬臂舌片上的优化孔图案可以减少在环境压力下空气中移动时的阻尼。
• 悬臂伸长的检测 ：通常，悬臂伸长通过激光束反射检测。但这种方法会在半导体表面的局部电测量中产生额外的载流子，成为一个主要障碍。因此，引入了独立的电容检测方法，通过测量振荡悬臂舌片的前端与对电极之间距离变化引起的位移电流来实现。
• 交叉干扰 ：悬臂之间的交叉干扰主要是由于悬臂舌片与其固定对壁之间的气流进出引起的，这限制了探测尖端之间距离的