中國粉體網(wǎng)訊  微機電系統(tǒng)（MEMS）是將微型機械結(jié)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行器與集成電路集成于微小芯片的技術(shù)，小如米粒卻能讓設(shè)備擁有“感知與互動”的智能能力。在人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展與全球科技格局深度變革的背景下，開發(fā)基于新材料體系的高精度傳感技術(shù)，已成為驅(qū)動信息技術(shù)向智能化、高端化躍遷的核心驅(qū)動力。

作為微機電系統(tǒng)的功能核心，微諧振器憑借其微型化、超低功耗及高度集成化等優(yōu)勢，是實現(xiàn)納牛級力敏檢測、THz頻段信號處理、皮秒級時鐘同步及亞微秒響應(yīng)控制的關(guān)鍵執(zhí)行單元，更在5G/6G通信基站射頻前端、可穿戴生物傳感器、新能源汽車系統(tǒng)等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中承擔(dān)著不可替代的技術(shù)支撐作用。在空間引力波探測、紅外成像制導(dǎo)、固態(tài)量子比特操控等領(lǐng)域也展現(xiàn)出革命性應(yīng)用前景。

金剛石作為終極半導(dǎo)體，其機械性能、傳熱性能及寬帶隙等特性均顯著超越傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料。隨著化學(xué)氣相沉積技術(shù)突破，金剛石基MEMS器件已進(jìn)入工程化應(yīng)用探索階段。如何利用好金剛石材料的物理化學(xué)特性，開發(fā)制作更高精度、更強穩(wěn)定性、更寬頻譜、更高品質(zhì)因子的微機械和微機電諧振器是未來發(fā)展的重要研究方向，對于推動我國加工制造、高性能傳感及量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

此前，山東大學(xué)劉鐸團隊利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）制作了金剛石/硅復(fù)合結(jié)構(gòu)懸臂梁微諧振器，通過振動頻譜測量，結(jié)合解析計算和仿真模擬，驗證了該結(jié)構(gòu)可顯著降低諧振器空氣阻尼和表面損耗這兩種主要損耗機制，諧振器品質(zhì)因子是原硅微懸臂梁的7.1倍。進(jìn)而運用參量共振激勵的方法，系統(tǒng)研究了該諧振器的非線性動力學(xué)特征。隨激勵強度增加，系統(tǒng)經(jīng)歷了線性到非線性的動力學(xué)演變，包括注入鎖定、阿諾德舌、四波混頻等，最終在混沌輔助下形成阿諾德舌和次級阿諾德舌頻率梳。該工作對促進(jìn)理解聲頻梳，開發(fā)大氣空氣中的高精度計量應(yīng)用具有積極意義。

2025年11月5日，中國粉體網(wǎng)將在河南•鄭州舉辦“2025半導(dǎo)體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會”。屆時，我們將邀請到山東大學(xué)劉鐸教授出席本次大會并作題為《基于金剛石薄膜的微機電諧振器制作及性能研究》的報告。

專家簡介

劉鐸，山東大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。長期從事寬帶隙半導(dǎo)體晶體材料，微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器等方面的研究工作。先后承擔(dān)國家重點研發(fā)項目，國家自然科學(xué)基金重大研究計劃和面上項目，山東省重點項目。在Nano Letters，Microsystems&Nanoengineering，Physical Review Applied等期刊發(fā)表論文70余篇，論文他引2000余次，獲授權(quán)專利20余項。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/石語）

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