ZnO梁谐振仿真与分析研究

李经国，徐鹏飞，张二帅，李沛然，王大志

（大连理工大学辽宁省微纳米技术与系统重点实验室，辽宁大连116024）

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MEMS谐振式传感器输出量为准数字信号，数据不易失真，具有高灵敏度、高稳定性、高品质因数等优点，是微纳传感器研究热点。谐振元件是影响谐振式传感器灵敏度、稳定性的关键元件，纳米梁谐振元件具备体积小、质量轻、驱动功率低等优点，广泛应用于超高灵敏度质量检测[1]、加速度检测[2]、力的测量[3]等领域。谐振器中纳尺度敏感元件的谐振测量一直是国际上公认的研究难题。目前，采用的测量方式主要有：静电激励/电容检测[4-5]、静电激励/压阻检测[6]、压电激振/拾振[7]、电磁激振/拾振[8]、光学激振/拾振[9-10]。其中，静电激振/拾振、压电激振/拾振直接加载和检测电学量，结构简单，然而信号提取困难，需要繁杂的滤波电路进行匹配；电磁激振/拾振、光学激振/拾振的信号强度高，同时具备较高的品质因数，但是需要额外加载磁场、光学场等其他物理场并且涉及其他物理量与电学量之间转化，系统较为复杂。鉴于微谐振器在高精度传感上的迫切需求，亟待寻求一种高精度、低损耗、信号易提取的直接检测方式。一维ZnO材料具备较高的谐振频率和良好的半导体性能，基于静电激励场效应拾振的ZnO梁谐振器可以直接拾取电压或电流信号，信号强度大，结构简单，有望解决高精度传感器拾振检测的难题。

本文基于ZnO材料的半导体性质，采用MEMS工艺结合FIB技术实现了纳米量级谐振器的制备；……