氮化硅纳米机械谐振器的长期老化研究
材料科学
2024-08-15 v1
摘要
由于机械品质因数高，氮化硅（SiN）纳米机械谐振器的共振频率可以非常精确地短期测量。这些特性使其能够高性能地检测准瞬时刺激，如突然的辐射暴露或质量吸附。然而，此类传感器的实际应用最终将引发对其长期稳定性的关注，尤其是在校准方面。我们通过连续监测一个制备态SiN膜在温控高真空环境中135天的共振频率变化，来表征其老化行为。观察到的老化行为与先前报道的石英振荡器中的双对数老化和老化反转趋势一致。在归一化处理以考虑我们薄膜（90 nm）中界面相对于数微米厚的TCXO的更大影响后，老化幅度（300 ppm）也与典型的温补石英振荡器（TCXO）相当。我们研究了可能由表面吸附引起的老化机制。我们回顾了关于水吸附和解吸如何主要通过化学吸附应力引起显著频率变化的模型。X射线光电子能谱（XPS）鉴定出吸附在样品表面的化学物种。这些测量显示，每次将样品置于真空环境中，碳含量都会显著增加，而随后暴露于空气则会导致氧化碳的增加。因此，建立碳和氧对频率贡献的模型应是未来的重要方向。此外，还检测到少量其他污染物，如碱金属离子和卤化物离子，并进行了简要讨论。
引用
@article{arxiv.2408.07612,
title = {Long-Term Aging Study of a Silicon Nitride Nanomechanical Resonator},
author = {Michel Stephan and Alexandre Bouchard and Timothy Hodges and Richard G. Green and Triantafillos Koukoulas and Lixue Wu and Raphael St-Gelais},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.07612},
year = {2024}
}