超靈敏微位移傳感器

會(huì)計(jì)學(xué)1超靈敏微位移傳感器主要內(nèi)容研究熱點(diǎn)單電子晶體管的優(yōu)良性質(zhì)以單電子晶體管為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的高靈敏度微位移傳感器結(jié)果與討論引文第1頁(yè)/共14頁(yè)微位移傳感器——科學(xué)家的新寵兒研究意義：機(jī)械微觀化，對(duì)納米尺度振動(dòng)位移的測(cè)量靈敏度提出要求優(yōu)良性質(zhì)：30mK真空，116-MHZ微振子，靈敏度：熱點(diǎn)：Nature,Applingphysicsletter等近年多有報(bào)道，引文中僅2003年相關(guān)文章就有3篇。第2頁(yè)/共14頁(yè)單電子晶體管（SET）原理簡(jiǎn)介庫(kù)侖阻塞與電子隧穿：微小隧道結(jié)中，一個(gè)電子隧穿引起的電位變化對(duì)下一個(gè)電子隧穿產(chǎn)生阻止作用。柵電壓向量子點(diǎn)引入控制電荷，形成三極管式電路。柵電壓可以完全控制器件的電導(dǎo)。具有晶體管的作用。第3頁(yè)/共14頁(yè)庫(kù)侖島上控制電荷與柵極的關(guān)系：庫(kù)侖島中電子數(shù)增加1引起的電勢(shì)變化：

庫(kù)侖島與弱電極極弱耦合在一起，控制柵極電壓可以改變庫(kù)侖島的電化學(xué)勢(shì)，當(dāng)庫(kù)侖阻塞狀態(tài)與電子隧穿狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)，就會(huì)有小到只有幾個(gè)電子的電流通過(guò)柵極電壓的改變被探測(cè)到。第4頁(yè)/共14頁(yè)可見單電子管有著對(duì)弱電勢(shì)改變非常好的探測(cè)靈敏度。通過(guò)控制柵極電壓可以實(shí)現(xiàn)對(duì)少數(shù)電子運(yùn)動(dòng)的控制。

三極管式分子電子晶體管電路示意圖第5頁(yè)/共14頁(yè)微位移傳感器——SET的應(yīng)用原理：將單電子管與諧振梁電容耦合（如下圖所示），振梁振動(dòng)引起電容C變化第6頁(yè)/共14頁(yè)SET是最靈敏的靜電計(jì)，已被證實(shí)的靈敏度在以上。向放置在諧振器上的金屬電極上施加偏壓，此納米諧振子的運(yùn)動(dòng)信息就會(huì)通過(guò)SET柵極與施了偏壓的金屬電極探測(cè)出來(lái)：電容變化量將會(huì)引起SET島上電荷的變化

從而改變SET源極與柵極電位。

，第7頁(yè)/共14頁(yè)靈敏度提高SET柵壓與電極偏壓反映放大信號(hào)振子通以交變電流通過(guò)外加磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，振幅與頻率有關(guān)放大SET響應(yīng)信號(hào)通過(guò)電壓與頻率的關(guān)系計(jì)算靈敏度第8頁(yè)/共14頁(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2003年德國(guó)物理學(xué)家Robert等人在Nature上的文章，他們從SET的響應(yīng)數(shù)據(jù)算得：實(shí)驗(yàn)最高靈敏度值為（振梁共振頻率，溫度30mK）

第9頁(yè)/共14頁(yè)問(wèn)題：噪聲潛力：真空驟熱提高振梁品質(zhì)因子，得到更強(qiáng)的信號(hào)更好光刻技術(shù)縮短振子與ＳＥＴ距離提高響應(yīng)速度

第10頁(yè)/共14頁(yè)單電子晶體管位移傳感器的應(yīng)用前景單電子器件有低功耗，小體積，高集成度，量子效應(yīng)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化光、聲、電為位移信號(hào)，制成各種傳感器分子生物學(xué)，醫(yī)學(xué)診斷與治療，宇宙微射線探測(cè)，袖珍設(shè)備，前景廣闊單電子泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)電子的控制，對(duì)實(shí)現(xiàn)微觀世界的可控有重要意義第11頁(yè)/共14頁(yè)引文19篇英文（Nature,Science,PhyscisReviewletter,Applingphyscisletter,etc)