專利名稱：犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶場(chǎng)效應(yīng)管的納米梁諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振器，特別是納米梁諧振器。
背景技術(shù)：
納米梁諧振器是十分典型的納機(jī)電(Nano Electromechanical System，NEMS)器件。它不僅可作為射頻濾波器、振蕩器、頻率基準(zhǔn)元件等在射頻電路中得到直接應(yīng)用，而且許多傳感器是以諧振器為基礎(chǔ)的，例如諧振式傳感器、陀螺等。在微機(jī)電(Micro ElectromechanicalSystem，NEMS，MEMS)器件中，已發(fā)展了很多與MEMS器件相適宜的激勵(lì)和檢測(cè)方式，例如電磁、靜電、壓阻、激光等等。但對(duì)一個(gè)納米梁諧振器來(lái)說(shuō)，由于體積太小，在MEMS器件中普遍使用的激勵(lì)和檢測(cè)手段將不再適合于納米梁諧振器。目前用于納米梁諧振器的檢測(cè)方法，例如強(qiáng)磁場(chǎng)輔助的電磁檢測(cè)，由于信號(hào)比較小，而背景卻很強(qiáng)，從而檢測(cè)電路的動(dòng)態(tài)范圍大部分被背景所占用。而另一種類似于惠斯頓電橋的差分檢測(cè)方法，由于信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電壓是同頻率的，對(duì)于分析噪聲等對(duì)比度要求比較高的場(chǎng)合存在一定的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、適應(yīng)檢測(cè)的犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶場(chǎng)效應(yīng)管的納米梁諧振器。且制作工藝簡(jiǎn)單，與NEMS工藝兼容，又與靜電驅(qū)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)三者全集成。
本發(fā)明的上述目的是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的包含納米梁諧振器及其金屬電極，所述納米梁諧振器是在絕緣層上硅材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制造出的，在其兩端進(jìn)行摻雜形成P-i-P或N-i-N溝道結(jié)構(gòu)的，作為場(chǎng)效應(yīng)管溝道的納米梁，襯底硅作為場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極。
場(chǎng)效應(yīng)管檢測(cè)方法實(shí)際是基于一個(gè)溝道寬度和厚度達(dá)到納米量級(jí)的場(chǎng)效應(yīng)管，其柵絕緣層采用的是真空間隙或空氣間隙。在絕緣層上硅(Silicon on Insulator，SOI)材料上制作出納米梁，將這個(gè)納米梁作為場(chǎng)效應(yīng)管的溝道，在納米梁的兩端進(jìn)行摻雜，從而形成P-i-P或N-i-N溝道結(jié)構(gòu)，利用襯底硅作為柵電極，這樣就構(gòu)成一個(gè)底柵電極場(chǎng)效應(yīng)管。這一結(jié)構(gòu)中，在底柵電極加上一個(gè)直流偏壓和一個(gè)交流驅(qū)動(dòng)電壓，這一直流偏壓為場(chǎng)效應(yīng)管提供一個(gè)固定的柵壓，而交流驅(qū)動(dòng)電壓將產(chǎn)生一個(gè)交變靜電力驅(qū)動(dòng)納米梁振動(dòng)。納米梁的振動(dòng)，將使電場(chǎng)產(chǎn)生改變，從而導(dǎo)致溝道中電流出現(xiàn)改變。這一現(xiàn)象不管梁的尺寸是多少均將存在，因此可以作為一種納米梁諧振器的檢測(cè)方法。檢測(cè)出上述電流的改變情況，即可以測(cè)出納米梁的振動(dòng)幅度和頻率。
本發(fā)明由于利用其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一個(gè)溝道寬度和厚度達(dá)到納米量級(jí)的場(chǎng)效應(yīng)管，作為納米梁諧振器的檢測(cè)方法。這種納米梁諧振器制作工藝簡(jiǎn)單，與NEMS工藝兼容，而且可與靜電驅(qū)動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)三者全集成。而且不管梁的尺寸如何改變，這種方法均是適用的。因此，本發(fā)明的實(shí)施，可以為今后納米梁諧振器降低成本、推廣應(yīng)用范圍起到很好的作用。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明是以SOI硅外延片為原材料，采用微納機(jī)械加工工藝制造。懸臂納米梁6制造是以光刻膠作為掩模，用反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching)工藝刻蝕硅層4到SOI中間的二氧化硅絕緣層3，然后再利用犧牲層腐蝕技術(shù)將納米梁6下面的二氧化硅絕緣層3掏空。使用該工藝制作出的懸臂納米梁6側(cè)壁垂直。P-i-P或N-i-N溝道結(jié)構(gòu)的制作是利用光刻膠作掩模光刻出需要摻雜的區(qū)域，隨后進(jìn)行硼或磷注入形成P+或N+區(qū)域。
具體制作工藝描述如下1、以SOI硅外延片為原材料，經(jīng)切割、清洗等制成標(biāo)準(zhǔn)的硅外延片。
2、利用電子束直寫(Electron beam direct writing)技術(shù)光刻出納米梁6的圖形。
3、光刻后利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕出納米梁6的結(jié)構(gòu)。
4、再次利用光刻技術(shù)刻蝕出納米梁6的兩端需要摻雜的區(qū)域。
5、在光刻膠的掩膜下，在納米梁6的兩端進(jìn)行重?fù)诫s硼或磷，從而形成P-i-P或N-i-N溝道結(jié)構(gòu)。
6、利用真空蒸發(fā)技術(shù)和光刻技術(shù)刻蝕出納米梁6兩端的金屬電極5、7。
7、利用犧牲層腐蝕技術(shù)腐蝕掉納米梁6下面的二氧化硅絕緣層3，使納米梁3下面懸空形成空中橋梁(Air-Bridge)的結(jié)構(gòu)。
8、在硅襯底2的底面上制作金屬底電極1，作為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。
對(duì)于納米梁諧振器來(lái)說(shuō)，主要性能指標(biāo)包括工作頻率、品質(zhì)因素及信噪比。這一結(jié)構(gòu)中，在場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極上將加上一個(gè)直流偏壓和一個(gè)交流驅(qū)動(dòng)電壓，這一直流偏壓為場(chǎng)效應(yīng)管提供一個(gè)固定的柵壓，而交流驅(qū)動(dòng)電壓將產(chǎn)生一個(gè)交變靜電力驅(qū)動(dòng)納米梁6振動(dòng)。這一交變靜電力具有兩個(gè)分量，一個(gè)同頻率分量及一個(gè)二倍頻分量，同頻率分量的幅度與直流偏壓及交流電壓幅度的乘積成比例，而二倍頻分量的幅度僅與交流電壓的幅度平方成比例，與直流偏壓無(wú)關(guān)。當(dāng)交流電壓頻率達(dá)到納米梁6諧振頻率的1/2附近時(shí)，納米梁6在二倍頻率分量的作用下諧振，從而使場(chǎng)效應(yīng)管源漏端電流出現(xiàn)一個(gè)頻率為交流電壓頻率2倍的輸出，這一輸出直接與納米梁6的振動(dòng)幅度成正比，因此可以測(cè)出納米梁6的振動(dòng)幅度和頻率。
權(quán)利要求
1.一種犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶場(chǎng)效應(yīng)管的納米梁諧振器，包含納米梁諧振器及其金屬電極(5、7)，其特征在于所述納米梁諧振器是在絕緣層上硅材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制造出的，在其兩端進(jìn)行摻雜形成P-i-P或N-i-N溝道結(jié)構(gòu)的，作為場(chǎng)效應(yīng)管溝道的納米梁(6)，襯底硅(2)作為場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極。
全文摘要
一種犧牲層腐蝕技術(shù)制造的帶場(chǎng)效應(yīng)管的納米梁諧振器，包括納米梁諧振器及其金屬電極，納米梁諧振器是在絕緣層上硅(SOI)材料上用犧牲層腐蝕技術(shù)制作出的納米梁，并在納米梁的兩端摻雜硼或磷，使其形成P－i－P或N－i－N溝道結(jié)構(gòu)，作為場(chǎng)效應(yīng)管的溝道，底電極作為場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極。本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單，與NEMS工藝兼容，又與靜電驅(qū)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)納米梁諧振器的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)三者全集成。為納米梁諧振器降低成本，推廣應(yīng)用范圍起到很好的作用。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1618727SQ200410089180
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者金仲和, 馬慧蓮, 鮑景富, 丁純, 王躍林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)