一种二维纳米尺度光子晶体力传感器制造技术

一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，涉及力的测量领域。本发明专利技术是为了解决现有的传感器测量精度低、灵敏度差和二维力测量相互干扰的问题。它包括一号微悬臂梁传感器、二号微悬臂梁传感器、和纳米谐振腔，纳米谐振腔分别嵌在一号微悬臂梁传感器和二号微悬臂梁传感器上；所述一号微悬臂梁传感器为长方体的平板结构，二号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的XOZ平面上，一号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的YOZ平面上，所述一号微悬臂梁传感器垂直二号微悬臂梁传感器，所述一号微悬臂梁传感器位于二号微悬臂梁传感器两条短边的中心连线上，且一号微悬臂梁传感器一个侧面与二号微悬臂梁传感器首端侧面位于同一平面内。本发明专利技术适用于对二维力进行测量。

A two-dimensional nano scale photonic crystal force sensor

The invention relates to a two-dimensional nanometer scale photon crystal force sensor, relating to the measuring field of force. The invention aims to solve the problems of low measuring accuracy, poor sensitivity and mutual interference between two dimensional force measurements of the existing sensors. It includes a number of micro cantilever beam sensor, two micro cantilever sensor, and nano nano resonant cavity, resonant cavity are embedded in a number of micro cantilever sensors and two micro cantilever sensors; the number of micro cantilever sensor for flat rectangular plane, XOZ No. two micro cantilever the beam sensor is located in a three-dimensional coordinate system on the YOZ plane, a micro cantilever sensor in 3D Cartesian coordinates, the number of micro cantilever sensor two vertical microcantilever sensor, the center line of the 1st microcantilever sensor is located in No. two micro cantilever sensor two short edges on one side, and a number of micro cantilever sensor with two micro cantilever sensor head end side in the same plane. The present invention is suitable for measuring two-dimensional force.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及力的测量领域。
技术介绍
目前，已知的纳米力传感器的多为利用弹性体机械形变来间接实现力的测量。对于机械形变的测量主要由电容式和压电式两种方法。电容式的形变测量输出为非线性，并且寄生电容对灵敏度和精度的影响较大；压电式形变测量对湿度要求较高，其应用范围受到了极大地限制。因此，现有的传感器存在着精度低，灵敏度差和二维力测量相互干扰的缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的传感器测量精度低、灵敏度差和二维力测量相互干扰的问题。现提供一种二维纳米尺度光子晶体力传感器。一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，它包括一号微悬臂梁传感器、二号微悬臂梁传感器和纳米谐振腔，所述一号微悬臂梁传感器和二号微悬臂梁传感器的结构相同，所述一号微悬臂梁传感器为长方体的平板结构，该平板结构的正面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔，所述纳米谐振腔平行于所述平板结构的短边；在所述两条纳米谐振腔与所述平板结构的末端之间的背面设置有凸起的基座；二号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的XOZ平面上，且基座位于Y轴负方向，一号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的YOZ平面上，且一号微悬臂梁传感器的基座位于X轴负方向，所述一号微悬臂梁传感器位于二号微悬臂梁传感器两条短边的中心连线上，且一号微悬臂梁传感器一个侧面与二号微悬臂梁传感器首端侧面位于同一平面内。纳米谐振腔的形状为带状。一号微悬臂梁传感器上的两条纳米谐振腔的长度与所述一号微悬臂梁传感器的宽度相等。所述纳米谐振腔为二维光子晶体。本专利技术适用于对二维力进行测量。本专利技术所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，将纳米谐振腔与微悬臂梁相结合，通过限定微悬臂梁的位置关系，从而实现对X和Y方向上的二维力进行测量，使得X方向和Y方向上的力的测量互不干扰，且采用纳米谐振腔使本专利技术所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器的测量精度高，也保证了本专利技术的高灵敏度，相比现有的传感器，精度提高了30%以上，灵敏度提高了40%以上。附图说明图1是本专利技术所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器的结构三维空间图；图2是图1的正视图；图3是图2的左视图；图4是将纳米谐振腔嵌在微悬臂梁传感器上的制备过程；图5是本专利技术所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器的测量原理；图6是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，X方向上分力和输出波长的变化关系曲线；图7是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Y方向上分力和输出波长的变化关系曲线；图8是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，X方向分力和输出波长增量的变化关系曲线；图9是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Y方向分力和输出波长增量的变化关系曲线。其中，1为一号微悬臂梁传感器、2为二号微悬臂梁传感器、3为纳米谐振腔、4为牺牲层、5为硅层、6为基底层、7为激光器、8为偏振光选择器、9为一号光纤、10为二号光纤、11为检测器、12为凸起的基座。具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，它包括一号微悬臂梁传感器1、二号微悬臂梁传感器2和纳米谐振腔3，所述一号微悬臂梁传感器1和二号微悬臂梁传感器2的结构相同，所述一号微悬臂梁传感器1为长方体的平板结构，该平板结构的正面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔3，所述纳米谐振腔3平行于所述平板结构的短边；在所述两条纳米谐振腔3与所述平板结构的末端之间的背面设置有凸起的基座12；二号微悬臂梁传感器2位于三维直角坐标系的XOZ平面上，且基座位于Y轴负方向，一号微悬臂梁传感器1位于三维直角坐标系的YOZ平面上，且一号微悬臂梁传感器1的基座位于X轴负方向，所述一号微悬臂梁传感器1位于二号微悬臂梁传感器2两条短边的中心连线上，且一号微悬臂梁传感器1一个侧面与二号微悬臂梁传感器2首端侧面位于同一平面内。本实施方式是为了限定两个微悬臂梁传感器的位置关系，由图1中获知，两个微悬臂梁传感器的位置呈现L型，二号微悬臂梁传感器2放置在XOZ平面，且二号微悬臂梁传感器的基座在右端，一号微悬臂梁传感器在YOZ平面，一号微悬臂梁传感器与二号微悬臂梁传感器垂直放置，且一号微悬臂梁传感器的基座固定在二号微悬臂梁传感器的上表面，一号微悬臂梁传感器的基座距离二号微悬臂梁传感器的前后边缘的距离相等，也就是说在二号微悬臂梁传感器宽度的中间位置，一号微悬臂梁传感器的左侧面与二号微悬臂梁传感器的左侧面在同一平面。通过使一号微悬臂梁传感器和二号微悬臂梁传感器的结构保持L型，从而实现对二维空间上的X方向分力和Y方向分力进行分别测量，这种L型结构，也降低了维度耦合，使得二维力测量不会相互干扰。纳米谐振腔嵌在微悬臂梁传感器上，也可以称之为纳米谐振腔的制备方法，是微机电系统中常用的一种制备方法。参照图4说明纳米谐振腔的制备方法。其中，4为牺牲层、5为硅层、6为基底层。在本专利技术中，通过采用平版印刷技术和等离子束刻蚀的方法将谐振腔嵌在一号微悬臂梁传感器和二号微悬臂梁传感器上。微悬臂梁传感器属于现有技术，微悬臂梁传感器包括硅模板。该硅模板主要由顶部牺牲层，硅层和基底层构成。首先通过热处理的方法在硅模板表面制备氧化物硬化层。然后通过平板印刷术在牺牲层上制备出有序的多孔图案化结构。最后利用等离子束刻蚀的方法对硅层进行加工，也就实现了将纳米谐振腔嵌在微悬臂梁传感器上。谐振腔是存在一定缺陷的周期性排列的有序结构，也就是微悬臂梁传感器上的微孔结构，是贯穿微悬臂梁传感器的通孔。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器作进一步说明，本实施方式中，纳米谐振腔3的形状为带状。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器作进一步说明，本实施方式中，一号微悬臂梁传感器1上的两条纳米谐振腔3的长度与所述一号微悬臂梁传感器1的宽度相等。具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种二维纳米尺度光子晶体力传感器作进一步说明，本实施方式中，所述纳米谐振腔3为二维光子晶体。光子晶体的原理：光子晶体将两种或两种以上介电常数不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构。当电磁波在其中传播时，由于光子与周期性势场的相互作用而形成光子带隙，这样频率位于光子带隙范围内的电磁波就不能在其中传播。通过对光子晶体的周期性结构进行修饰，打破晶体上周期性排列的晶格结构，在波导上上形成点缺陷强烈的电场束缚以及小模态体积的作用使得传感器对该处变折射率该变量并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，其特征在于，它包括一号微悬臂梁传感器（1）、二号微悬臂梁传感器（2）和纳米谐振腔（3），所述一号微悬臂梁传感器（1）和二号微悬臂梁传感器（2）的结构相同，所述一号微悬臂梁传感器（1）为长方体的平板结构，该平板结构的正面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔（3），所述纳米谐振腔（3）平行于所述平板结构的短边；在所述两条纳米谐振腔（3）与所述平板结构的末端之间的背面设置有凸起的基座（12）；二号微悬臂梁传感器（2）位于三维直角坐标系的XOZ平面上，且基座位于Y轴负方向，一号微悬臂梁传感器（1）位于三维直角坐标系的YOZ平面上，且一号微悬臂梁传感器（1）的基座位于X轴负方向，所述一号微悬臂梁传感器（1）位于二号微悬臂梁传感器（2）两条短边的中心连线上，且一号微悬臂梁传感器（1）一个侧面与二号微悬臂梁传感器（2）首端侧面位于同一平面内。

【技术特征摘要】
1.一种二维纳米尺度光子晶体力传感器，其特征在于，它包括一号微悬臂梁传感器（1）、
二号微悬臂梁传感器（2）和纳米谐振腔（3），所述一号微悬臂梁传感器（1）和二号微悬
臂梁传感器（2）的结构相同，所述一号微悬臂梁传感器（1）为长方体的平板结构，该平
板结构的正面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔（3），所述纳米谐振腔（3）平行于所述平板
结构的短边；在所述两条纳米谐振腔（3）与所述平板结构的末端之间的背面设置有凸起的
基座（12）；
二号微悬臂梁传感器（2）位于三维直角坐标系的XOZ平面上，且基座位于Y轴负方
向，一号微悬臂梁传感器（1）位于三维直角坐标系的YOZ平面上，且一号微悬臂梁传感
器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李隆球，张广玉，李天龙，纪凤同，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23