耦合纳米机械振子及其形成方法技术

本申请提供一种耦合纳米机械振子及其形成方法，其中耦合纳米机械振子包括：衬底；依次悬空于衬底表面的第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元；其中，第一纳米机械振子单元为耦合单元，第二纳米机械振子单元为工作单元，所述工作单元具有光学模式和机械模式，耦合单元具有光学模式，且在泵浦光驱动下，第一纳米机械振子单元的光学模式和第二纳米机械振子单元的光学模式耦合。本申请的纳米机械振子灵敏度和分辨率高，本申请的纳米机械振子形成工艺步骤简单。

Coupling nanomechanical oscillator and its formation method

This application provides a coupled nano mechanical oscillator and its forming method, the coupled nano mechanical oscillator includes: a substrate; a first nano mechanical oscillator unit and second nano mechanical oscillator unit are left on the surface of the substrate; wherein, the first nano mechanical oscillator unit for coupling unit, second nano mechanical oscillator unit the unit of work, the work unit has an optical model and mechanical model, coupling unit with optical mode, and the pump is driven by coupling optical mode and second mode optical nano mechanical oscillator unit of the first nano mechanical oscillator units. The application of nano mechanical oscillator sensitivity and resolution is high, the application of nano mechanical oscillator formation process is simple.

【技术实现步骤摘要】
耦合纳米机械振子及其形成方法
本专利技术涉及纳米制造领域，特别涉及一种耦合纳米机械振子及其形成方法。
技术介绍
由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性，因此其在电子材料、光学材料、催化、传感、陶瓷增韧等方面都有着广阔的应用前景。纳米机械系统是纳米尺度的机械系统，通常具有较好的品质因子、弹性常量等优秀性质，并且纳米机械系统可以用于力和质量的探测。但是，随着社会进步和科技发展，用户对机械振子的要求也越来越高，现有的机械振子的灵敏度和分辨率已经无法满足需求，且现有的机械振子制造方法较落后，因此，亟待一种新型的机械振子和形成方法。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种耦合纳米机械振子及其形成方法。本专利技术提供一种耦合纳米机械振子的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一二硫化钨少层；在所述第一二硫化钨少层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二二硫化钨少层；在所述第二二硫化钨少层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层弹性常量不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二二硫化钨少层、隔热层、第一二硫化钨少层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底、第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二纳米机械振子单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二纳米机械振子单元下方的隔热层以及第一纳米机械振子单元下方的第一介质层，使得第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元悬空，以使得第一纳米机械振子单元为耦合单元，第二纳米机械振子单元为工作单元，其中，工作单元具有光学模式和机械模式，耦合单元具有光学模式，且在泵浦光驱动下，第一纳米机械振子单元的光学模式和第二纳米机械振子单元的光学模式耦合；贯穿所述衬底直至暴露出第一纳米机械振子单元。可选的，所述第一二硫化钨少层与第二二硫化钨少层形成工艺相同。可选的，所述第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层厚度相同。可选的，所述第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层厚度不同。可选的，所述第二二硫化钨少层的厚度大于所述第一二硫化钨少层厚度。可选的，所述第二二硫化钨少层的厚度小于所述第一二硫化钨少层厚度。可选的，所述第一介质层为氧化硅。可选的，所述隔热层为氮化硅。可选的，所述退火可以采用快速热退火，其中退火温度为500摄氏度至900摄氏度，退火载气为Ar或N2，退火载气的流量为50毫升/分钟至300毫升/分钟,退火时间为2分钟至30分钟。本申请还提供一种如上述任一实施例的纳米机械振子的形成方法形成的耦合纳米机械振子，包括：衬底；依次悬空于衬底表面的第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元；位于所述第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元的两侧的工作电极，其中，第一纳米机械振子单元为耦合单元，第二纳米机械振子单元为工作单元，所述工作单元具有光学模式和机械模式，耦合单元具有光学模式，且在泵浦光驱动下，第一纳米机械振子单元的光学模式和第二纳米机械振子单元的光学模式耦合。与现有技术相比，本申请实施例的纳米机械振子的形成方法形成步骤简单，制造成本低。本申请实施例的纳米机械振子灵敏度和分辨率高。附图说明图1至图20为本申请一实施例的纳米机械振子的形成过程示意图。具体实施方式现有的机械振子的灵敏度和分辨率较低，无法满足日益增长的需求。另外现有的机械振子制造步骤繁杂，制造成本高。为此，本专利技术的专利技术人提出一种优化的纳米机械振子的形成方法，能够采用一步退火，同时形成弹性常量不相同的第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元，以改善探测灵敏度，节约了工艺步骤，且形成的纳米机械振子单元悬空于衬底表面上，具有较多暴露的表面积，灵敏度高。下面结合具体实施例对纳米机械振子的形成方法进行详细描述。请参考图1，提供衬底100。所述衬底100为后续工艺的工作平台。所述衬底100的材料选自单晶硅、多晶硅、非晶硅、或玻璃衬底；所述衬底100也可以选择硅、锗、砷化镓或者硅锗化合物；所述衬底100还可以选择具有外延层或外延层上硅结构；所述衬底100还可以是其他半导体材料，本领域的技术人员可以根据工艺需要合理选择衬底的类型、材料和种类，在此特意申明，不应过分限制本专利技术的保护范围。在一些实施例中，所述衬底100的厚度为500纳米至5微米。请参考图2，在所述衬底100表面形成第一介质层110。所述第一介质层110为氧化硅。所述第一介质层110作为牺牲层，后续选择性去除以使得第一纳米机械振子单元悬空。所述第一介质层110的厚度可以为500纳米至3000纳米。所述第一介质层110的形成工艺可以为化学气相沉积。请参考图3，在所述第一介质层110的表面形成第一二硫化钨少层120。所述第一二硫化钨少层120由3-8层单层硫化钨构成，所述单层硫化钨由三层原子构成，其中上下层为硫原子组成的六角平面，且被中间的金属钨原子层隔开，从而形成“三明治夹心”结构，其中，层内的原子间以共价键结合。所述第一二硫化钨少层120的厚度为1.8纳米至6.4纳米。所述第一二硫化钨少层120后续用于形成纳米机械振子单元。所述第一二硫化钨少层120的形成工艺可以为化学气相沉积或者激光沉积。在一些实施例中，所述第一二硫化钨少层120的形成工艺为化学气相沉积，具体的形成工艺参数为：硫蒸汽流量为20毫升/分钟至80毫升/分钟，WO3粉末20克至50克作为钨源，氩气流量为100毫升/分钟至150毫升/分钟，氮气流量为150毫升/分钟至200毫升/分钟，反应温度为800摄氏度至1100摄氏度。请参考图4，在所述第一二硫化钨少层120表面形成隔热层130。所述隔热层130具有如下作用：第一，在后续退火工艺中使得第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层的温度不同；第二，作为后续悬空第二纳米机械振子单元的牺牲层。所述隔热层130的材料为氮化硅。所述隔热层130的厚度为800纳米至5微米。需要说明的是，本领域的技术人员可以根据实际需要，合理的选择所述隔离层的厚度，在此特意声明，不应过分限制本专利技术的保护范围。请参考图5，在所述隔热层130表面形成第二二硫化钨少层140。所述第二二硫化钨少层140的厚度为1.8纳米至6.4纳米。所述第二二硫化钨少层140后续用于形成纳米机械振子单元。所述第二二硫化钨少层140的形成工艺可以为化学气相沉积或者激光沉积。在一些实施例中，所述第一二硫化钨少层120的形成工艺为化学气相沉积，具体的形成工艺参数为：硫蒸汽流量为20毫升/分钟至80毫升/分钟，MoO3蒸汽流量为30毫升/分钟至100毫升/分钟，氩气流量为100毫升/分钟至150毫升/分钟，反应温度为600摄氏度至800摄氏度。需要说明的是，所述第二二硫化钨少层140的厚度可以与第一二硫化钨少层120的厚度相同或者不同。在一些实施例中，所述第二二硫化钨少层140的厚度与第一二硫化钨少层120的厚度不同，从而能够更大窗口的实现一步退火而形成的第一二硫化钨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耦合纳米机械振子的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一二硫化钨少层；在所述第一二硫化钨少层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二二硫化钨少层；在所述第二二硫化钨少层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层弹性常量不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二二硫化钨少层、隔热层、第一二硫化钨少层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底、第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二纳米机械振子单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二纳米机械振子单元下方的隔热层以及第一纳米机械振子单元下方的第一介质层，使得第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元悬空，以使得第一纳米机械振子单元为耦合单元，第二纳米机械振子单元为工作单元，其中，工作单元具有光学模式和机械模式，耦合单元具有光学模式，且在泵浦光驱动下，第一纳米机械振子单元的光学模式和第二纳米机械振子单元的光学模式耦合；贯穿所述衬底直至暴露出第一纳米机械振子单元。...

【技术特征摘要】
1.一种耦合纳米机械振子的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一二硫化钨少层；在所述第一二硫化钨少层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二二硫化钨少层；在所述第二二硫化钨少层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一二硫化钨少层和第二二硫化钨少层弹性常量不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二二硫化钨少层、隔热层、第一二硫化钨少层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底、第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二纳米机械振子单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二纳米机械振子单元下方的隔热层以及第一纳米机械振子单元下方的第一介质层，使得第一纳米机械振子单元和第二纳米机械振子单元悬空，以使得第一纳米机械振子单元为耦合单元，第二纳米机械振子单元为工作单元，其中，工作单元具有光学模式和机械模式，耦合单元具有光学模式，且在泵浦光驱动下，第一纳米机械振子单元的光学模式和第二纳米机械振子单元的光学模式耦合；贯穿所述衬底直至暴露出第一纳米机械振子单元。2.如权利要求1所述的耦合纳米机械振子的形成方法，其特征在于，所述第一二硫化钨少层与第二二硫化钨少层形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铿，俞挺，李星仪，方雨苏，丁金龙，曾凡焱，黄姗，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36