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通過這項研究開發(fā)的金剛石MEMS芯片的顯微照片以及集成到芯片中的金剛石懸臂之一

由NIMS領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功開發(fā)了高質(zhì)量的鉆石懸臂，該懸臂在室溫下達(dá)到了最高的質(zhì)量（Q）值。該小組在開發(fā)單晶金剛石微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器芯片方面也取得了世界上的首次成功，該傳感器芯片可以通過電信號來驅(qū)動和感測。這些成就可能以比現(xiàn)有的硅MEMS更高的靈敏度和更高的可靠性普及金剛石MEMS的研究。

在MEMS傳感器中，微觀懸臂（僅固定在一端的投射光束）和電子電路集成在單個基板上。它們已用于氣體傳感器，質(zhì)量分析儀和掃描顯微鏡探頭。為了在包括災(zāi)難預(yù)防和醫(yī)學(xué)在內(nèi)的更廣泛的領(lǐng)域中的實際應(yīng)用，它們需要更高的靈敏度和可靠性。

金剛石的彈性常數(shù)和機(jī)械常數(shù)是所有材料中最高的，因此有望用于開發(fā)高度可靠和靈敏的MEMS傳感器。但是，由于金剛石的機(jī)械硬度，很難對其進(jìn)行三維顯微加工。該研究小組開發(fā)了一種“智能切割”制造方法，該方法可以使用離子束對金剛石進(jìn)行微處理，并于2010年成功制造了單晶金剛石懸臂梁。但是，由于以下原因，金剛石懸臂梁的質(zhì)量因數(shù)與現(xiàn)有硅懸臂梁的質(zhì)量因數(shù)相似：表面缺陷的存在。

該研究小組隨后開發(fā)了一種新技術(shù)，可以對鉆石表面進(jìn)行原子級蝕刻。這種蝕刻技術(shù)使該團(tuán)隊可以消除使用智能切割方法制造的單晶金剛石懸臂梁底表面的缺陷。所得懸臂的Q因子值（用于測量懸臂靈敏度的參數(shù)）大于一百萬。躋身世界最高之列。然后，該小組提出了一種新穎的MEMS器件概念：懸臂，振動懸臂的電子電路和感測懸臂振動的電子電路的同時集成。最后，該小組開發(fā)了可通過電信號驅(qū)動的單晶金剛石MEMS芯片并首次成功演示了其操作。該芯片表現(xiàn)出非常高的性能和靈敏度，可以在低壓和高達(dá)600°C的溫度下工作。

這些結(jié)果可能會加速對金剛石MEMS芯片的實際應(yīng)用至關(guān)重要的基礎(chǔ)技術(shù)的研究，并能開發(fā)出能夠區(qū)分質(zhì)量差（如單個分子）的極其靈敏，高速，緊湊且可靠的傳感器。