懸臂梁式環(huán)形諧振腔微壓傳感特性研究.pdf

1、硅壓力傳感器是各類傳感器中應(yīng)用最廣泛的一種，目前量程小于1KPa的高精度硅微壓力傳感器基本上依靠國外進口，而工業(yè)控制、軍用設(shè)備和醫(yī)療儀器等方面均對微小壓力的測量提出迫切要求，因此進行低量程硅微壓傳感器的研究，實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的突破具有非常重要的意義。基于絕緣體上硅的光學(xué)環(huán)形諧振腔是實現(xiàn)集成光學(xué)芯片的核心功能單元，因其具有很高的探測極限而被廣泛應(yīng)用在高靈敏度傳感領(lǐng)域。將環(huán)形諧振腔集成在懸臂梁上，應(yīng)用于微壓傳感在集成度、靈敏度和量程等方面具有很

2、大優(yōu)勢，因此本文針對懸臂梁式環(huán)形諧振腔微壓傳感結(jié)構(gòu)展開討論與研究。
　　本文首先介紹了環(huán)形諧振腔的耦合傳輸特性，結(jié)合納米尺度波導(dǎo)的倏逝波耦合、力光耦合和光彈效應(yīng)詳細闡述了基于懸臂梁的微壓傳感檢測機理。同時，對懸臂梁進行了建模仿真和力學(xué)分析。根據(jù)環(huán)形諧振腔的幾個特征參數(shù)，以傳感器靈敏度為出發(fā)點，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化。分析了微壓傳感結(jié)構(gòu)的靈敏度并得到其理論值為73pm/kPa，動態(tài)范圍為30kPa。
　　利用紫外光刻、電子束

3、光刻、深硅刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕等微機電系統(tǒng)(MEMS，Micro-electro-mechanical-systems)工藝進行了環(huán)形諧振腔和懸臂梁的制備。深入研究了主要工藝流程和工藝參數(shù)。對所制備的結(jié)構(gòu)進行原子力顯微鏡（AFM，Atomic Force Microscope）和掃描電子顯微鏡（SEM，scanning electron microscope）表征。
　　搭建耦合測試平臺，對環(huán)形諧振腔的傳輸性能進行測試，實驗測得環(huán)形