Синтез и исследование массивов кантилеверов на основе пористого оксида алюминия
Студент 2 курса
Московский государственный университет имени ,
Факультет наук о материалах, Москва, Россия
Массив кантилеверов с адсорбированными молекулами. |
Сенсоры, основанные на кантилеверах, перспективны для создания новых химических, физических и биологических датчиков. Они обладают огромным потенциалом для детектирования следовых количеств (порядка ppb и ppt) различных веществ в газовой и жидкой средах. Принцип действия таких сенсоров основан на изменении механических свойств (сдвиг резонансной частоты, изгиб балки и т. д.) в результате адсорбции анализируемого вещества на поверхность кантилевера.
В настоящее время кантилеверы в основном изготавливают из кремния, используя при этом хорошо развитый инструментарий электронной промышленности. Однако сенсорные свойства создаваемых структур все ещё далеки от совершенства. Наряду с кремнием, перспективным материалом для получения микромеханических систем является анодный оксид алюминия, обладающий уникальными механическими свойствами в широком температурном интервале и устойчивый в химически агрессивных средах. Благодаря высокоразвитой пористой структуре, при использовании анодных пленок для получения кантилеверов возможно достижение большей чувствительности по сравнению с кремниевыми аналогами. Кроме того, возможность в широком диапазоне варьировать параметры пористой структуры (диаметр пор, расстояние между каналами) позволяет управлять механическими свойствами получаемых кантилеверов.
Целью данной работы является создание кантилеверов на основе пористого оксида алюминия и исследование их свойств. Для структурирования оксидного слоя в работе применяли метод химической фотолитографии.
Экспериментально установлено, что толщина пористой пленки анодного оксида алюминия линейно зависит от пропущенного заряда с коэффициентом пропорциональности 1,92 Кл/(мкм*см2). Оптимизированы условия проведения фотолитографического процесса. Показано, что благодаря перпендикулярному расположению каналов по отношению к плоскости образца при удалении части оксидной пленки, не защищенной слоем фоторезиста, происходит анизотропное травление материала, что в свою очередь позволяет формировать структуры с вертикальными краями. Показано, что отражающей способности поверхности анодного оксида алюминия достаточно для детектирования колебаний кантилевера. С увеличением толщины пористой балки ее жесткость увеличивается, что приводит к увеличению резонансной частоты перпендикулярных колебаний: от 500 кГц для балки с толщиной 2 мкм до 670 кГц для 30 микронной консоли. Общий вид амплитудно-частотной характеристики кантилеверов не зависит от области детектирования, а интенсивность анализируемого сигнала уменьшается при перемещении лазерного луча от конца к основанию балки. Экспериментально установлено, что при механическом возбуждении кантилеверов возникают как колебания перпендикулярные поверхности балки, так и торсионные
.
