利用电容衬底激励观测氮化硅纳米机械谐振器驱动
应用物理
2021-12-20 v1
摘要
我们观察到，通过对其支撑硅衬底上的金属-介质-半导体（MDS）电容器进行电激励，可实现氮化硅（SiN）纳米机械谐振器的驱动。我们建立了第一性原理模型，将这一驱动机制解释为 MDS 电容器中随电压变化的静电力所产生的声波。分别针对电荷积累（Ni-pSi）与电荷耗尽（Al-pSi）区间建立了驱动模型。实验观测证实了我们的预测：电荷积累（Ni-pSi）比电荷耗尽具有更高的驱动效率。对于 2 V 驱动信号，Ni-pSi 电容器在方形（1.7 × 1.7 mm）低应力（约 100 MPa）SiN 薄膜谐振器中实现了 10 nm 的驱动振幅。在此情况下，芯片内的电功耗约为 0.1 μW，杂散温升小于 1 mK。通过对衬底掺杂以最小化电阻耗散，这两个数值均可进一步降低。该驱动方法极为简单，仅需用真空兼容的镍浆将导线连接至芯片，无需额外的光刻步骤。本工作中所有芯片均为内部制备，并提供了详细的制备流程。
引用
@article{arxiv.2112.09303,
title = {Observation of Silicon Nitride Nanomechanical Resonator Actuation Using Capacitive Substrate Excitation},
author = {Gengyang Mu and Nikaya Snell and Chang Zhang and Xitong Xie and Radin Tahvildari and Arnaud Weck and Michel Godin and Raphael St-Gelais},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.09303},
year = {2021}
}