[发明专利]微机械与纳机械器件中的金属薄膜压阻传感及其在自感测SPM探针中的应用

权利要求书

1.一种微机械或纳机械器件，包括可移动元件和用于对所述可移动元件的移动进行压阻感测的金属膜。

2.如权利要求1所述的器件，其中，所述可移动元件包括谐振器。

3.如权利要求2所述的器件，其中，所述谐振器包括悬臂。

4.如权利要求3所述的器件，其中，所述悬臂包括半导体材料。

5.如权利要求3所述的器件，其中，所述金属膜覆盖在所述悬臂的表面。

6.如权利要求5所述的器件，其中，所述悬臂包括凹槽和包围该凹槽的腿部，且所述金属膜至少位于所述悬臂的腿部。

7.如权利要求6所述的器件，其中，所述凹槽包括通孔，所述通孔经与其相邻的所述悬臂到达所述悬臂的基部。

8.如权利要求3所述的器件，其中，所述器件包括AFM探针，该探针包含处于所述悬臂的第一表面上的AFM尖端。

9.如权利要求8所述的器件，其中，所述薄金属膜位于所述悬臂的第一表面上。

10.如权利要求8所述的器件，其中，所述薄金属膜位于所述悬臂的第二表面上，且该第二表面与所述悬臂的所述第一表面相对。

11.如权利要求8所述的器件，其中，所述AFM探针包括接触型探针。

12.如权利要求8所述的器件，其中，所述AFM探针包括非接触型探针。

13.如权利要求8所述的器件，还包括适于偏置所述薄金属膜的偏置源和适于检测由所述薄金属膜提供的信号的检测器。

14.如权利要求13所述的器件，其中，所述偏置源包括交流偏置源，且所述检测器包括相敏检测器。

15.如权利要求14所述的器件，其中，所述检测器包括锁定放大器。

16.如权利要求2所述的器件，其中，所述谐振器选自由扭转谐振器、两端固定梁谐振器和膜片式谐振器组成的组。

17.如权利要求1所述的器件，其中，所述金属膜包括厚度处于10纳米和10微米之间的自感测膜，且所述可移动元件在至少一个维度上的尺寸为100微米或更小。

18.如权利要求1所述的器件，其中，所述金属膜选自由金、铂、钨、铝、镍、铜、铬、银、钯、铂-铬、镍-铜、镍-铬、铂-钨、恒弹性合金、卡玛合金、镍-银、Armour D合金所组成的组。

19.如权利要求18所述的器件，其中，所述金属膜包括厚度处于10纳米和100纳米之间的金、铂、钨或铝膜。

20.如权利要求1所述的器件，其中，所述器件包括选自由SPM探针、力传感器、压力传感器、流量传感器、化学传感器、生物传感器和惯性传感器所组成的组的MEMS或NEMS。

21.一种制造SPM探针的方法，包括：提供衬底；在所述衬底的前侧和后侧形成掩膜层；在所述掩膜层上形成图案；使用所述衬底的前侧上的已形成图案的掩膜层来形成所述衬底的所述前侧中的SPM尖端；在所述衬底的所述前侧上形成带有图案的金属膜压阻传感器；以及从所述后侧起穿过后侧的掩模层中的开口来蚀刻所述衬底，以形成支持所述SPM尖端和所述金属膜的悬臂。

22.一种操作包括可移动元件和压阻膜的微机械或纳机械器件的方法，该方法包括偏置所述压阻膜和检测所述膜的压阻响应来确定所述可移动元件的移动量。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述膜包括金属膜。

24.如权利要求22所述的方法，其中，所述膜包括半导体膜。

25.如权利要求22所述的方法，其中，所述器件包括AFM探针。

26.如权利要求25所述的方法，还包括根据所述金属膜的所述压阻响应确定由所述AFM探针检查的表面的特性和/或将所述特性成像。

27.如权利要求25所述的方法，其中，所述AFM探针用于接触模式，且检测所述金属膜的压阻响应的所述步骤包括以交流电偏置所述金属膜和测量所述交流电压。

28.如权利要求25所述的方法，其中，所述AFM探针用于非接触模式，且检测所述金属膜的压阻响应的所述步骤包含在第一频率处以交流电偏置所述金属膜，在不同于所述第一频率的第二频率处驱动所述AFM探针，以及在所述第一频率与第二频率的差频率或和频率处检测所述探针的机械响应。