近日，湖南大學機械與運載工程學院微納制造與微系統(tǒng)技術研究團隊提出了一種基于電極質(zhì)量負載超靈敏的聲表面波敏感機制，并采用新型電子束納米加工藝、結合自主推導的專用鄰近效應修正公式，制備了超高頻超靈敏的聲表面波MEMS傳感器，實現(xiàn)微質(zhì)量超靈敏探測和TNT爆炸物的低濃度檢測。

該研究團隊開發(fā)了超高頻聲表面波叉指電極的創(chuàng)新微納加工工藝，推導了專用的電子束鄰近效應修正公式，結合先進工藝及劑量修正公式，實現(xiàn)了線寬為35 nm、波長為160 nm的密集、超細長聲表面波叉指換能器，在低聲速的鈮酸鋰襯底材料上獲得了諧振頻率高達30 GHz的超高頻聲表面波器件，打破了目前該類器件工作頻率的世界紀錄，為超高頻濾波器、超靈敏傳感器、超高精度微流體執(zhí)行器的開發(fā)奠定了工藝基礎，相關成果發(fā)表在應用物理及器件物理領域國際頂尖期刊Applied Physics Letters上。

圖1 超高頻聲表面波換能器的典型電子顯微鏡圖

基于上述超高頻器件，該研究團隊提出了基于聲表面波電極質(zhì)量負載效應的全新敏感機制，實驗上展示了14.84 pg的微質(zhì)量探測，其質(zhì)量敏感靈敏度高達6.351 x 10? MHz/μg，比傳統(tǒng)聲波傳播區(qū)域的敏感機制靈敏度高近1000倍，是傳統(tǒng)QCM質(zhì)量傳感器的1011倍，并成功實現(xiàn)了濃度為4.4 x 10?? M的 TNT爆炸物探測，相關成果發(fā)表在傳感器領域的國際頂尖期刊ACS Sensors上。

圖2 基于超高頻聲表面波器件電極質(zhì)量負載效應的微質(zhì)量探測和TNT超靈敏檢測

該研究得到了國家自然科學基金、湖南省重點研發(fā)計劃等項目的資助，并得到汽車電子與控制技術教育部工程研究中心、國家先進軌道交通裝備創(chuàng)新中心等機構的支持。