微懸臂束(圖1)是最簡單的MEMS元件之一,源自原子力顯微鏡(AFM)探針,該探針最初用於檢測小力,現在廣泛用於AFM、加速度計和生化感測器。 1968年,Wilfinger等[1]使用大體積矽基懸臂梁(50mm*30mm*8mm)作為感測器,研究了不同溫度引起的吸附誘導微束彎曲和共振頻率變化。 1979年,Petersen等[2]開發了一種微懸臂式微機械薄膜來研究其開關特性。 1983年,Kolesar等[3]構建了一種使用微懸臂束檢測神經毒劑的電子檢測系統。 1985年,Binnig和Quate開發了第一台基於掃瞄隧道顯微鏡的原子力顯微鏡。 原子力顯微鏡不僅能夠對分子的微觀表面進行成像,而且還能夠操縱分子或測量單個分子之間的力[4]。 原子力顯微鏡的出現為微懸臂感測方法奠定了基礎。
隨著原子力顯微鏡製造工藝的逐漸成熟,關於微懸臂束作為感測器的報道越來越多。 到目前為止,微懸臂感測技術作為一種新興的感測技術,仍是研究的熱點之一。 進一步提高檢測系統的靈敏度,拓寬檢測通道,降低微懸臂梁的成本,增強系統的易操作性,擴大其實際應用範圍是未來研究的主要方向。
圖1 不同形狀的微懸臂梁及其陣列的SEM圖。
當微懸臂梁表面有分子吸附或分子識別時,可引起懸臂彎曲變形或共振頻移。 結合不同的訊號讀出方法(光學或電學),微懸臂感測器通過兩種不同的工作模式(即靜態和動態)監測這兩個物理量的變化。
參考文獻: 1] Wilfinger R J, Bardell P H, Chhabra D S, et al the resonistor: a frequency selective device utilizing the mechanical resonance of a silicon substrate[j]. ibm j res dev, 1968, 12:113-118.
2] petersen k e, micromechanical membrane switches on silicon[j]. ibm j res dev, 1979, 23:376-385.
3] kolesar e s, electronic nerve agent detector[p].1983,4,549,427, september 19.
4] binnig g, quate c f, gerber c, atomic force microscopy[j]. phys rev lett 1986, 56:930-933.
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