任意复杂且无悬空的氮化硅纳米机械谐振器的激光微加工

氮化硅（SiN）纳米机械谐振器的研究产生了极其丰富的谐振器几何结构，但目前尚无现成的快速原型制作解决方案。在纳米梁、蹦床、声子带隙和软夹持结构方面的实验进展都依赖于传统的纳米加工，涉及电子束或光刻，随后进行各种刻蚀步骤。这些技术通常耗时、相对不灵活，并且常常导致产生有害的残余氮化硅悬空，从而降低机械品质因数。相比之下，最近的研究表明，简单的谐振结构（如纳米梁）可以通过使用空间分布的微孔序列直接激光烧蚀自由悬浮的氮化硅薄膜来制作原型，这种序列限制了应力集中。然而，这些早期的演示仅限于基本形状，通过手动组合圆形和直线的烧蚀程序来创建。在此，我们展示了使用一个开源软件工具集（随本文发布）来制造任意复杂几何结构，该工具集可直接从标准半导体布局文件（即 GDSII）自动生成激光烧蚀孔序列。该软件包含一个布局对准工具，可补偿薄膜取向和尺寸变化，将材料悬空限制在约 2 微米。使用该工具集，我们在 1 小时内制造了多种谐振器几何结构，并对其中的两种作为高性能辐射传感的候选结构进行了详尽表征。这些结构的测量品质因数与有限元模拟非常吻合，最高可达 3.7 × 10^6。根据这些测量，我们提取的材料品质因数超过 3700，与低应力未烧蚀的氮化硅平膜以及使用传统制造方法生产的类似结构相当。