黑磷纳机电谐振器的栅极响应有限元分析

纳机电系统因其体积小、批量制造、高可靠性和低功耗等性能得到了广泛的关注与开展,其中,纳机电谐振器因具有高频、高可调谐性而显示出了巨大的应用前景。利用有限元分析法(FEM),对基于黑磷材料的纳机电谐振器的栅极可调谐性进行了详细的研究,通过改变黑磷的内置张力、吸附物的质量、厚度、空腔深度以及固定边的方向,探究了其对谐振器的谐振频率与可调谐性的影响。结果表明,谐振频率是由栅极电压引起的静电驱动力来调节,当黑磷的内置张力与表面的吸附物质量越小,谐振器的可调谐性越好,但是,对于高频范围的谐振器,内置张力不可过小。固定边方向沿锯齿形(zigzag)相比于沿扶手椅形(armchair)将获得更高的谐振频率与调谐范围。

二维纳米机电谐振器高效制备

设计并实现了一种二维纳米器件多功能制备系统,该系统不仅能够完成二维材料的高效转移,还能够实现金属电极的准确淀积,从而实现二维器件的高效、一体化制备。利用该系统,成功制备了基于二维半导体的纳米机电谐振器,并对器件进行了机电谐振幅频特性的测试。研究结果表明,设计的二维纳米器件多功能制备系统在纳米谐振器制备与研究中极具潜力。

基于黑磷的纳光机电磁矢量传感器设计

基于二维材料的纳机电谐振器具有体积小、频率高、品质因数高等优势,在传感领域具有很大的应用潜力。其中,黑磷由于其波纹状的平面结构和各向异性的机械特性,为平面内矢量传感提供了可能。利用黑磷设计了一种光学激发光学读出的新型纳光机电磁矢量传感器。利用有限元分析法,探究了黑磷层数和长宽比对矢量性的影响,确定了黑磷谐振器的尺寸为0.6μm×0.134μm×0.5 nm;分别探索了高杨氏模量和低杨氏模量方向对磁场响应的各向异性。通过谐振模式的空间分布,解释了角度和长宽比对器件灵敏度和矢量性的影响机理。结果表明,将磁场旋转90°,灵敏度可从-4.048 MHz/mT变化为5.796 MHz/mT。与精度相近的洛伦兹力的微机电磁传感器相比,所设计传感器的频率可提高6个数量级,尺寸可缩小6个数量级。该设计为新型纳光机电矢量传感器的制备提供了一种方法。