本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種加速度計(jì)及其制作方法。

背景技術(shù)：

加速度計(jì)是一種用來測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的器件。傳統(tǒng)的加速度計(jì)，以一個(gè)質(zhì)量塊作為敏感部件，當(dāng)載體有某一方向的加速度時(shí)，質(zhì)量塊向一個(gè)方向偏移，然后通過電極測(cè)量這個(gè)偏移的位移量(或產(chǎn)生偏移的慣性力)，進(jìn)而換算得到加速度的值。

按傳感元件分類，加速度計(jì)包括壓電式、電容式和隧道電流式等。其中，壓阻式加速度計(jì)在質(zhì)量塊的支撐臂上嵌壓敏電阻，通過該壓敏電阻來感應(yīng)質(zhì)量塊偏移對(duì)支撐臂產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)而獲得加速度的信息；電容式加速度計(jì)設(shè)置有與質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)的極板，質(zhì)量塊的位移會(huì)造成該質(zhì)量塊和極板之間的電容變化，通過該電容變化可以換算得到加速度的值；隧道電流式加速度計(jì)通過在活動(dòng)部件上添加一個(gè)隧穿針尖，使之與另一電極之間產(chǎn)生隧穿電流，而活動(dòng)部件產(chǎn)生的位移會(huì)導(dǎo)致隧道電流的劇烈變化，通過該隧道電流變化可以獲得加速度的信息。

然而，這些加速度計(jì)均通過測(cè)量質(zhì)量塊的偏移值進(jìn)行加速度的換算。由于在加速度的測(cè)量過程中，質(zhì)量塊的偏移值和質(zhì)量塊感應(yīng)加速度的靈敏度小，造成這些加速度計(jì)測(cè)量精度低，靈敏度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種加速度計(jì)及其制作方法，所述加速度計(jì)靈敏度高，測(cè)量精度高，且不易受到外界環(huán)境的干擾。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種加速度計(jì)，包括：

襯底，位于所述襯底上的第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極；

所述第一電極用于連接電源；

所述振動(dòng)電極與所述第一電極相連，所述振動(dòng)電極用于在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；

所述第二電極與所述振動(dòng)電極通過一個(gè)自組裝單分子相連，所述自組裝單分子用于在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)；

所述第三電極與所述振動(dòng)電極相連，用于輸出所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

優(yōu)選的，所述振動(dòng)電極包括位于所述振動(dòng)電極兩端的第一固定端和第二固定端，和位于所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極本體，所述振動(dòng)電極本體用于在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

優(yōu)選的，所述第二電極與所述振動(dòng)電極本體通過一個(gè)自組裝單分子相連，所述述第一電極與所述第一固定端和第二固定端中的任一固定端相連，所述第二電極與所述第一固定端和第二固定端中的任一固定端相連。

優(yōu)選的，所述襯底包括基底，位于基底上的犧牲層和貫穿所述犧牲層的第一溝槽，所述第一溝槽位于所述振動(dòng)電極本體下方。

優(yōu)選的，還包括，位于所述襯底上的支撐層和貫穿所述支撐層的第二溝槽，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第二電極位于所述支撐層上，所述振動(dòng)電極本體位于所述第二溝槽上。

優(yōu)選的，所述第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極的材料為金屬。

優(yōu)選的，所述振動(dòng)電極的材料為金、銀、鉻和銅中的任意一種或任意多種的組合。

優(yōu)選的，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間包括納米橋，所述納米橋包括連接所述第二電極的第一懸臂，連接所述振動(dòng)電極的第二懸臂，以及連接所述第一懸臂和第二懸臂的所述自組裝單分子。

優(yōu)選的，所述自組裝單分子為兩端帶有巰基基團(tuán)的有機(jī)分子。

一種加速度計(jì)的制作方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成第一電極和第三電極；

在所述襯底上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接；

在所述納米橋表面形成自組裝單分子的單分子層；

斷開所述納米橋，使所述單分子層的一個(gè)自組裝單分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)，以連接所述第二電極與所述振動(dòng)電極；

其中，所述第一電極和第三電極分別與所述振動(dòng)電極相連，所述振動(dòng)電極用于在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所述自組裝單分子用于在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選的，所述在所述襯底上形成第一電極和第三電極，包括：

在所述襯底上形成圖形化的第一掩膜；

在所述第一掩膜上形成第一電極層，所述第一電極層包括第一電極和第三電極；

去除所述第一掩膜，形成第一電極和第三電極。

優(yōu)選的，所述襯底包括基底和犧牲層，所述在所述襯底上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接，包括：

在所述犧牲層上形成圖形化的第二掩膜；

在所述第二掩膜上形成第二電極層，所述第二電極層包括第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接；

去除所述第二掩膜；

以所述振動(dòng)電極的兩端分別為第一固定端和第二固定端，以所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極為振動(dòng)電極本體，在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述犧牲層的第一溝槽，以使所述振動(dòng)電極本體在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)。

優(yōu)選的，所述在所述犧牲層上形成圖形化的第二掩膜，包括：

采用電子束光刻工藝在所述犧牲層上形成圖形化的第二掩膜。

優(yōu)選的，所述在所述襯底上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接，包括：

在所述襯底上形成圖形化的支撐層；

在所述支撐層上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接；

以所述振動(dòng)電極的兩端分別為第一固定端和第二固定端，以所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極為振動(dòng)電極本體，在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述支撐層的第二溝槽，以使所述振動(dòng)電極本體在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)。

優(yōu)選的，采用自組裝工藝在所述納米橋表面形成自組裝單分子的單分子層。

優(yōu)選的，采用電遷移工藝斷開所述納米橋，使所述單分子層的分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供一種加速度計(jì)及制作該加速度計(jì)的方法，利用振動(dòng)電極振動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過與振動(dòng)電極相連的一個(gè)自組裝單分子在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，從而使得所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的加速度信息。本發(fā)明利用了單分子的非線性效應(yīng)改變振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，而振動(dòng)頻率的改變易于測(cè)量且靈敏度高，使得本發(fā)明的加速度計(jì)測(cè)量精度高，且靈敏度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明圖2中振動(dòng)電極部分的放大圖；

圖4為本發(fā)明振動(dòng)電極和第二電極通過自組裝單分子相連的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明振動(dòng)電極的剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明一種加速度計(jì)的制作方法流程示意圖；

圖7為本發(fā)明一種加速度計(jì)的等效電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的示意圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有的加速度計(jì)均通過測(cè)量質(zhì)量塊的偏移值進(jìn)行加速度的換算。由于在加速度的測(cè)量過程中，質(zhì)量塊的偏移值和質(zhì)量塊感應(yīng)加速度的靈敏度小，造成這些加速度計(jì)測(cè)量精度低，靈敏度低。

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種加速度計(jì)及其制作方法，其中，所述加速度計(jì)包括：襯底，位于所述襯底上的第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極；所述第一電極用于連接電源；所述振動(dòng)電極與所述第一電極相連，所述振動(dòng)電極用于振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；所述第二電極與所述振動(dòng)電極通過一個(gè)自組裝單分子相連，所述自組裝單分子用于在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)；所述第三電極與所述振動(dòng)電極相連，用于輸出所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

所述加速度計(jì)的制作方法，包括：提供襯底；在所述襯底上形成第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極，所述振動(dòng)電極與所述第二電極之間通過納米橋連接；在所述納米橋表面形成自組裝分子的單分子層；斷開所述納米橋，使所述單分子層的分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)；形成所述加速度計(jì)。

本發(fā)明提供的一種加速度計(jì)及制作該加速度計(jì)的方法，利用振動(dòng)電極振動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過與振動(dòng)電極相連的一個(gè)自組裝單分子在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，從而使得所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的加速度信息。本發(fā)明利用了單分子的非線性效應(yīng)改變振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，而振動(dòng)頻率的改變易于測(cè)量且靈敏度高，使得本發(fā)明的加速度計(jì)測(cè)量精度高，且靈敏度高。

以上是本申請(qǐng)的基礎(chǔ)思想，為了使本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案更加清楚，下面對(duì)該加速度計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明，以對(duì)本發(fā)明上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供了的一種加速度計(jì)，如圖1～5所示，圖1～5為本發(fā)明提供的一種加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2為圖1的中間部分放大圖，圖3為圖2中振動(dòng)電極部分104的放大圖，圖4為振動(dòng)電極104和第二電極102通過自組裝單分子相連的結(jié)構(gòu)示意圖，可以看出，所述加速度計(jì)包括：

襯底100，位于所述襯底上的第一電極101、第二電極102、第三電極103和振動(dòng)電極104；其中，所述第一電極101用于連接電源；所述振動(dòng)電極104與所述第一電極相連，所述振動(dòng)電極104用于振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；所述第二電極102與所述振動(dòng)電極104通過一個(gè)自組裝單分子相連，所述自組裝單分子用于在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)；所述第三電極103與所述振動(dòng)電極104相連，用于輸出所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

其中，在本實(shí)施例中襯底100為半導(dǎo)體襯底，在器件中起到機(jī)械支撐的作用。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述襯底還可以為其他材料，只要其能夠支撐本申請(qǐng)的所述加速度計(jì)且不影響位于襯底上的各個(gè)電極的電氣性能即可。在本實(shí)施例中，所述襯底100具體為硅襯底。

在襯底100上，設(shè)置有第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極，所述第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極的材料為導(dǎo)電材料，用于進(jìn)行電信號(hào)的傳輸，具體的，在本實(shí)施例中，所述第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極的材料為金屬，可以為金、銀、鉻和銅中的任意一種或任意多種的組合。具體的，在本實(shí)施例中，所述第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極的材料為金和鉻的組合。具體的，金屬鉻用于作為金與襯底的粘附材料，金屬金則是作為主要的導(dǎo)電材料，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，所述第一電極、第二電極、第三電極和振動(dòng)電極分別具有不同的厚度。其中，所述第一電極和第三電極的厚度大于第二電極和振動(dòng)電極的厚度。第一電極和第三電極的厚度大，可以使得第一電極和第三電極具有較小的電阻，從而利于電信號(hào)的傳輸。而第二電極和振動(dòng)電極的厚度小可以使得振動(dòng)電極能夠具有較大的彈性，從而在待測(cè)加速度下具有更大幅值的振動(dòng)。具體的，所述第一電極和第三電極的厚度為80～150nm，在本實(shí)施例中，所述第一電極的厚度為100nm，所述第三電極的厚度為120nm，所述第二電極和振動(dòng)電極的厚度為30～60nm，在本實(shí)施例中，所述第二電極的厚度為40nm，所述振動(dòng)電極的厚度為50nm，并且，為使振動(dòng)電極104具有較好的彈性系數(shù)，所述振動(dòng)電極的寬度越小越好，在具體的，所述振動(dòng)電極的寬度為40～80nm，在本實(shí)施例中，所述振動(dòng)電極的寬度為60nm。

在本實(shí)施例中，所述第二電極與所述振動(dòng)電極通過一個(gè)自組裝單分子相連，具體的，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間包括納米橋，所述納米橋包括連接所述第二電極的第一懸臂，連接所述振動(dòng)電極的第二懸臂，以及連接所述第一懸臂和第二懸臂的所述自組裝單分子，進(jìn)而形成第二電極與振動(dòng)電極之間的連接。

其中，如圖5所示的振動(dòng)電極104剖面圖，所述振動(dòng)電極包括位于所述振動(dòng)電極兩端的第一固定端1041和第二固定端1042，和位于所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極本體1043，所述振動(dòng)電極本體用于在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。具體的，所述第一固定端和所述第二固定端可以具有比振動(dòng)電極本體更大的寬度，也可以與振動(dòng)電極本體具有相同的寬度。

具體的，在本實(shí)施例中，所述第二電極102與所述振動(dòng)電極本體通過一個(gè)自組裝分子相連，所述述第一電極101與所述第一固定端和第二固定端中的任一固定端相連，所述第二電極102與所述第一固定端和第二固定端中的任一固定端相連。在本實(shí)施例中，所述第一電極101與所述第一固定端相連，所述第二電極102與第二固定端相連。

在本實(shí)施例中，所述襯底100包括基底110、位于基底上的犧牲層110和貫穿所述犧牲層的第一溝槽120，所述第一溝槽120位于振動(dòng)電極本體下方，以免阻礙所述振動(dòng)電極本體振動(dòng)。即，在振動(dòng)電極本體下方設(shè)置第一溝槽，以免阻礙振動(dòng)電極的振動(dòng)。

其中，為保證振動(dòng)電極振動(dòng)的幅值，下方設(shè)有第一溝槽的振動(dòng)電極本體的長度為50～500nm，在本實(shí)施例中，所述振動(dòng)電極本體的長度為200nm。在本實(shí)施例中，為保證結(jié)構(gòu)的連接性，所述犧牲層為雙層結(jié)構(gòu)，包括一層二氧化硅層111和一層硅層112。

在本實(shí)施例中，所述第二電極與振動(dòng)電極本體通過一個(gè)自組裝單分子相連。并且，所述自組裝單分子一端與第二電極相連，一端與第一溝槽上的振動(dòng)電極相連，且所述自組裝單分子位于所述第一溝槽120上，以免影響所述振動(dòng)電極的振幅。

在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述振動(dòng)電極和所述襯底之間還可以包括位于所述襯底上的支撐層和貫穿所述支撐層的第二溝槽，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第二電極位于所述支撐層上，所述振動(dòng)電極本體位于所述第二溝槽上。

其中，所述自組裝單分子為兩端帶有巰基基團(tuán)的有機(jī)分子。所述巰基基團(tuán)能夠較好的與金屬原子鍵合，進(jìn)而形成連接結(jié)構(gòu)。并且，所述自組裝單分子可以優(yōu)選為鏈狀分子。在本實(shí)施例中，所述自組裝單分子為1，8-辛二硫醇。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述自組裝分子還可以為1，2-乙二硫醇，或者1，4-丁二硫醇，或者對(duì)苯二硫酚等。

由于單分子的的非線性效應(yīng)，在有外界加速度的環(huán)境下，所述單分子的振動(dòng)頻率會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而帶動(dòng)振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率產(chǎn)生變化，而振動(dòng)頻率的改變易于測(cè)量且靈敏度高，使得本實(shí)施例的加速度計(jì)測(cè)量精度高，且靈敏度高。

本實(shí)施例提供的加速度計(jì)，利用振動(dòng)電極振動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過與振動(dòng)電極相連的一個(gè)自組裝單分子在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，從而使得所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的加速度信息。本發(fā)明利用了單分子的非線性效應(yīng)改變振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，而振動(dòng)頻率的改變易于測(cè)量且靈敏度高，使得本發(fā)明的加速度計(jì)測(cè)量精度高，且靈敏度高。

相應(yīng)的，本申請(qǐng)的另一實(shí)施例還提供了一種加速度計(jì)的制作方法。如圖6所示，具體的，所述方法包括：

步驟S101：提供襯底；

步驟S102：在所述襯底上形成第一電極和第三電極；

步驟S103：在所述襯底上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接；

步驟S104：在所述納米橋表面形成自組裝單分子的單分子層；

步驟S105：斷開所述納米橋，使所述單分子層的一個(gè)自組裝單分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)，以連接所述第二電極與所述振動(dòng)電極；

其中，所述第一電極和第三電極分別與所述振動(dòng)電極相連，所述振動(dòng)電極用于在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所述自組裝單分子用于在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)。

具體的，在步驟S101中，本實(shí)施例中將尺寸是15mm×15mm或25mm×25mm，厚度為700μm的硅襯底作為本申請(qǐng)中的襯底。

其中，可以將基片進(jìn)行劃片，以得到對(duì)應(yīng)的襯底，所述基片可以是6英寸或8英寸的SOI基片。

首先，對(duì)基片進(jìn)行清洗處理。在超聲機(jī)中，依次用丙酮、異丙酮和去離子水清洗基片。清洗完畢后，從超聲機(jī)中取出基片，用氮?dú)鈽尨蹈?。在光學(xué)顯微鏡下檢查基片的干凈程度。上述清洗過程中，基板要始終浸入溶液中。在夾取基片過程中，要用鑷子輕拿輕放，避免劃傷基片。

清洗完成后，用劃片機(jī)劃成小片，小片尺寸是15mm×15mm或25mm×25mm。劃片完成后，用丙酮和異丙酮分別超聲清洗基片，然后用去等離子體水清洗，在高純度的氮?dú)饬髦泻娓伞?/p>

在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，也可以以其他尺寸的硅襯底作為襯底，或者，直接以6英寸或8英寸的SOI基片作為襯底，先進(jìn)行后續(xù)工藝，最后再進(jìn)行劃片。

在步驟S102中，所述在所述襯底上形成第一電極和第三電極，可以包括如下步驟：

步驟A1：在所述襯底上形成圖形化的第一掩膜；

步驟A2：在所述第一掩膜上形成第一電極層，所述第一電極層包括第一電極和第三電極；

步驟A3：去除所述第一掩膜，形成第一電極和第三電極。

具體的，本實(shí)施例中步驟A1可以采用紫外光刻的方式形成圖形化的第一掩膜。

如果進(jìn)行了步驟S101的劃片步驟，可以直接進(jìn)行光刻。如果沒有進(jìn)行上述過程，則應(yīng)進(jìn)行劃片步驟中的清洗過程。

之后，進(jìn)行涂光刻膠、紫外曝光和顯影，最終形成圖形化的光刻膠層作為第一掩膜。

在本實(shí)施例中，步驟A2可以采用蒸鍍工藝形成第一電極層。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，步驟A2可以采用磁控濺射來形成第一電極層。

具體的，所述第一電極層可以包括多層金屬層，具體的，在本實(shí)施例中，所述第一電極層依次包括鉻金屬層、金金屬層和鉻金屬層。

在本實(shí)施例中，步驟A3可以采用剝離工藝去除所述第一掩膜。

具體的，由于所述第一掩膜為光刻膠層，因此，直接采用剝離工藝去除所述第一掩膜。

需要說明的是，步驟S102中，步驟A1～步驟A3可以多次重復(fù)進(jìn)行，以便于使第一電極和第三電極達(dá)到預(yù)設(shè)的厚度。在加速度計(jì)中，通常會(huì)將第一電極和第三電極進(jìn)行加厚處理，以減小第一電極和第三電極的電阻。

在步驟S103中，在所述襯底上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接。具體的，可以采用兩種方式進(jìn)行本步驟，一種是去除部分襯底的方式形成振動(dòng)電極，一種是在襯底上形成支撐層的方式形成振動(dòng)電極。具體的，采用去除部分襯底的方式，在進(jìn)行襯底的選取時(shí)，可以選用具有多層結(jié)構(gòu)的襯底，在本實(shí)施例中，所述襯底包括基底和犧牲層，采用去除部分襯底的方式可以包括如下步驟：

步驟B1：在所述犧牲層上形成圖形化的第二掩膜；

具體的，可以采用電子束光刻工藝形成圖形化的第二掩膜。具體的，本步驟可以包括，對(duì)襯底進(jìn)行清洗，之后，旋涂電子束光刻膠，烘烤180度90s，之后，進(jìn)行電子束光刻，顯影，形成圖形化的第二掩膜。

步驟B2：在所述第二掩膜上形成第二電極層，所述第二電極層包括第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接；

具體的，本步驟可以采用蒸鍍或者磁控濺射形成所述第二電極層。

步驟B3：去除所述第二掩膜；

具體的，本步驟可以采用剝離的方式去除所述第二掩膜。

步驟B4：以所述振動(dòng)電極的兩端分別為第一固定端和第二固定端，以所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極為振動(dòng)電極本體，在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述犧牲層的第一溝槽，以使所述振動(dòng)電極本體在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)。

具體的，可以采用刻蝕的方法在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述犧牲層的第一溝槽。本領(lǐng)域公知的干法刻蝕或濕法刻蝕或者兩者的結(jié)合均可以實(shí)現(xiàn)本步驟，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鼍唧w的限定。

在步驟S103中，采用在襯底上形成支撐層的方式包括如下步驟：

步驟C1：在所述襯底上形成圖形化的支撐層。

具體的，所述支撐層用于抬高所述第二電極和振動(dòng)電極，增大所述第二電極和振動(dòng)電極與襯底之間的距離。所述支撐層的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，在此不再限定。

步驟C2：在所述支撐層上形成第二電極和振動(dòng)電極，所述第二電極與所述振動(dòng)電極之間通過納米橋連接。

在所述支撐層上形成第二電極和振動(dòng)電極與步驟B1～B3中相似，僅僅是形成第二電極和振動(dòng)電極的基底層不同，在此不做贅述。

步驟C3：以所述振動(dòng)電極的兩端分別為第一固定端和第二固定端，以所述第一固定端和第二固定端之間的振動(dòng)電極為振動(dòng)電極本體，在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述支撐層的第二溝槽，以使所述振動(dòng)電極本體在外加磁場(chǎng)下振動(dòng)。

具體的，可以采用刻蝕的方法在所述振動(dòng)電極本體下方形成貫穿所述支撐層的第二溝槽。本領(lǐng)域公知的干法刻蝕或濕法刻蝕或者兩者的結(jié)合均可以實(shí)現(xiàn)本步驟，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鼍唧w的限定。

需要說明的是，在本步驟形成振動(dòng)電極過程中，由于振動(dòng)電極需要較高的靈敏度，因此，振動(dòng)電極為線形結(jié)構(gòu)。在本申請(qǐng)的其他實(shí)施例中，所述振動(dòng)電極還可以為其他結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔鱿薅ā?/p>

在步驟S104中，在所述納米橋表面形成自組裝單分子的單分子層，可以采用自組裝工藝形成。

具體的，以1,8-辛二硫醇作為自組裝單分子為例。首先進(jìn)行清洗。采用氧等離子體處理一分鐘，清除有機(jī)分子雜質(zhì)。然后進(jìn)行分子自組裝單，放入手套箱中，浸入1,8-辛二硫醇的乙醇溶液中靜置，具體的靜置時(shí)間可以為24小時(shí)，使有機(jī)分子充分地與電極進(jìn)行分子的自組裝。由于1,8-辛二硫醇是兩個(gè)末端帶有巰基(-SH)，可以在電極表面，通過共價(jià)鍵作用與金屬分子緊密結(jié)合，形成自組裝單分子層。之后進(jìn)行清洗，用乙醇溶液清洗，并在氮?dú)饬髦写蹈伞Ｖ?，從手套箱中取出來，放入低溫真空腔?/p>

在步驟S105：斷開所述納米橋，使所述單分子層的一個(gè)自組裝單分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)，以連接所述第二電極與所述振動(dòng)電極。其中，可以采用電遷移工藝斷開所述納米橋，使所述單分子層的分子落入所述納米橋之間，形成單分子結(jié)。

具體的，在振動(dòng)電極和第二電極的兩端加直流電壓，通過不斷增加直流電壓的大小來監(jiān)控電阻的變化。一般來說，當(dāng)電壓增加到一定程度時(shí)，電阻會(huì)突然大幅增加，這時(shí)要迅速把外加電壓設(shè)定為零。重復(fù)上述操作，直到達(dá)到納米間隔的超導(dǎo)隧穿結(jié)的電阻，該電阻阻值通常不超過幾個(gè)兆歐。采用這種方法形成的隧穿結(jié)的間距小于5nm即可，在本步驟中形成的遂穿結(jié)大約為1-2nm，自組裝單分子會(huì)落入這個(gè)間隙，形成單分子結(jié)。

具體的，采用上述實(shí)施例制作得到的加速度計(jì)，在進(jìn)行使用時(shí)，應(yīng)將該加速度計(jì)置于一個(gè)穩(wěn)定的外加磁場(chǎng)中，以使振動(dòng)電極振動(dòng)，并產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)進(jìn)行加速度的測(cè)量時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與加速度的關(guān)系如下：

具體的，將制作好的加速度計(jì)置于一個(gè)垂直于加速度計(jì)的襯底所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，接入相應(yīng)的電路中，等效電路如圖7所示，加速度計(jì)等價(jià)于電阻Z_m，電感L_m，電容C_m三者并聯(lián)，外加電壓源V₁和電阻Z₁(|Z₁|＞＞1，Z₁遠(yuǎn)大于1歐姆)串聯(lián)提供電流源，在加速度計(jì)一端接入輸出電壓表Vout。設(shè)磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，通入電流為I_D，振動(dòng)電極本體質(zhì)量為m，長度為l，彈性系數(shù)為k，品質(zhì)因子Q₀，衰減系數(shù)為r，固有頻率為ω₀。

當(dāng)振動(dòng)頻率ω＝ω₀時(shí)，

$C_m=\frac{m}{B^2{l}^2\mathrm{\ϵ}},L_m=\frac{B^2{l}^2\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ω}}_0^{2}m},R_m=\frac{B^2{l}^2\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ω}}_{0}m}{Q}_0.$

(1)輸出電壓V_out隨ω₀的變化關(guān)系

加速度計(jì)在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力為：

F_D(t)＝BI_D(t)l，

運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：

$m\·\frac{d^{2}y\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}+rm\·\frac{dy\left(t\right)}{dt}+ky\left(t\right)={\mathrm{lBI}}_D\left(t\right),$

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

其中，ε為磁場(chǎng)中的介質(zhì)的介電常數(shù)。

經(jīng)過傅利葉變換后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可寫為：

$V_{EMF}\left({\mathrm{\ω}}_o\right)=\frac{{\mathrm{i\ω\ϵl}}^2{B}^2}{m({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2+\frac{{\mathrm{i\ω\ω}}_0}{Q_0})}\·I_D\left({\mathrm{\ω}}_0\right),$

其中電流：

$I_D\left({\mathrm{\ω}}_0\right)=\frac{V_1}{Z_1},$

品質(zhì)因子：

$Q_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{r},$

彈性系數(shù)：

$k={\mathrm{m\ω}}_0^2.$

保持ω不變，則輸出電壓V_out隨ω₀的變化關(guān)系為：

${\mathrm{\ΔV}}_{out}=\frac{-{\mathrm{i\ω\ϵl}}^2{B}^2(2{\mathrm{\ω}}_0+\frac{i\mathrm{\ω}}{Q_0})}{m({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2+\frac{{\mathrm{i\ω\ω}}_0}{Q_0})}\·I_D\left({\mathrm{\ω}}_0\right)\·{\mathrm{\Δ\ω}}_0$

(2)輸出電壓與加速度的關(guān)系

單分子結(jié)的勢(shì)能函數(shù)為U(x)＝U₀(x)+F·x，

其中x是單分子結(jié)的形變量，F(xiàn)是分子彈性力，U₀(x)是普通諧振子的勢(shì)能函數(shù)。

按照泰勒展開，

$U\left(x\right)=U_0\left(0\right)+U_0^{\′}\left(0\right)\·x+\frac{1}{2}{U}_0^{\′\′}\·x^2+F\·x,$

其中x＝0是U₀(x)的極小值點(diǎn)。

當(dāng)分子勢(shì)能函數(shù)在平衡位置x＝x_eq時(shí)，則

$U\left(x_{eq}\right)=U_0\left(0\right)+\frac{1}{2}{U}_0^{\′\′}\left(0\right)\·x_{eq}^2+F\·x_{eq}.$

由牛頓第二定律F＝ma，則

$x_{eq}=\frac{ma}{-U_0^{\′\′}\left(0\right)}.$

諧振子的頻率為

因此，輸出電壓與加速度的關(guān)系是：

${\mathrm{\ΔV}}_{out}\left({\mathrm{\ω}}_0\right)=\frac{{\mathrm{i\ω\ϵl}}^2{B}^2(2{\mathrm{\ω}}_0+\frac{i\mathrm{\ω}}{Q_0})U_0^{\′\′\′}\left(0\right)}{2{\mathrm{m\ω}}_0({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2+\frac{{\mathrm{i\ω\ω}}_0}{Q_0})U_0^{\′\′}\left(0\right)}\·I_D\left({\mathrm{\ω}}_0\right)\·a,$

加速度的靈敏度為：

$\mathrm{\Δ}a=\frac{\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔV}}_{out}\right)}{I_D}\·\frac{2{\mathrm{m\ω}}_0({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2+\frac{{\mathrm{i\ω\ω}}_0}{Q_0})U_0^{\′\′}\left(0\right)}{{\mathrm{i\ω\ϵl}}^2{B}^2(2{\mathrm{\ω}}_0+\frac{i\mathrm{\ω}}{Q_0})U_0^{\′\′\′}\left(0\right)}.$

通過上面計(jì)算出的輸出電壓與加速度的關(guān)系式，可以通過測(cè)量出的電路中的輸入和輸出電壓，來計(jì)算出加速度的大小，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)反應(yīng)加速度的關(guān)系。從而實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，通過測(cè)量電信號(hào)，即可測(cè)量出分子結(jié)的加速度。

采用本實(shí)施例方法制作的加速度計(jì)，利用振動(dòng)電極振動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過與振動(dòng)電極相連的一個(gè)自組裝單分子在待測(cè)加速度的作用下改變所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，以使所述振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，從而使得所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與所述待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的加速度信息。本發(fā)明利用了單分子的非線性效應(yīng)改變振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率，使振動(dòng)電極的振動(dòng)頻率與待測(cè)加速度相對(duì)應(yīng)，而振動(dòng)頻率的改變易于測(cè)量且靈敏度高，使得本發(fā)明的加速度計(jì)測(cè)量精度高，且靈敏度高。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。