MEMS微位移传感器：纳米测量与SPM应用探索

"基于MEMS的微位移传感器及其应用研究 (2013年)" 本文主要探讨了一种基于微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）技术的微位移传感器的设计、制造及其在扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy, SPM）中的应用。该传感器采用静电梳齿型结构，由固定梳齿和与主梁相连的可动梳齿组成。主梁顶端的探针用于感知样品表面的微小形貌变化，当探针与样品接触时，会引发梳齿间的位移，进而改变梳齿间的电容值。 设计中，传感器的可动梳齿通过主梁与固定梳齿相对运动，这种结构使得微小的表面形貌变化可以转化为电容的变化。电容变化的检测至关重要，因此设计了一套电容信号检测电路，该电路能将电容变化转换为电压变化，从而实现位移的量化检测。通过实验，测得测头的灵敏度为0.43 mV/nm，这意味着对于每纳米的位移变化，电容检测电路输出的电压变化为0.43毫伏，显示了高灵敏度的特点。 此外，实验还验证了传感器的非线性误差，小于0.22%，证明了其良好的线性性能。为了进一步验证传感器的实用性，它被用作SPM的测头，构建了一个小型SPM系统。在该系统中，传感器成功地对具有108纳米台阶高度的光栅结构进行了扫描，显示了其在纳米尺度测量上的潜力。 这篇论文详细介绍了基于MEMS技术的微位移传感器的设计原理、信号处理电路以及实际应用。通过实验验证，该传感器具有高灵敏度和低非线性误差，适用于微纳米级别的几何量测量，尤其在SPM领域中表现出优异的性能。这一研究为微位移测量技术的发展和微纳米科学与工程领域的应用提供了新的思路和解决方案。