- 沈耿哲;黄梓渝;张留艳;胡乐麒;刘志凯;梁天龙;何鑫;谭桂斌;揭晓华;
锌铝层状双氢氧化物/多壁碳纳米管(ZnAl-LDH/MWCNT)包覆金属碳化物MXene作为复合导电材料制备上下电极，以微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电层，构建了一种柔性双功能传感器。通过器件输出电容信号监测压力，利用单电极的温阻变化监测温度。该柔性电容式传感器的导电层材料为ZnAl-LDH/MWCNT@MXene,搭配微结构为80目的介电层，其性能达到最优。在0～50 kPa时传感器的灵敏度高达1.57%/kPa。温度传感的灵敏度为2.3%/℃,工作温度范围为20～40℃。该器件实现了压力/温度两种物理量的传感，同时可以运用于人体运动和健康状态的实时检测。解决了柔性传感器功能单一的问题，为柔性传感器实现多功能应用提供基础。
2023年02期 v.60;No.549 242-250页 [查看摘要][在线阅读][下载 1977K] [下载次数：554 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 尹欣慧;顾雯雯;张青莲;
基于工农业发展对微型近红外光谱仪的需求，对用于微型近红外光谱仪的电磁式微光机电系统(MOEMS)扫描光栅微镜的驱动系统进行优化设计，从而解决扫描光栅微镜驱动信号大、扫描角度小等问题。通过对构成其驱动系统的线圈匝数、线圈间距等参数进行仿真分析，得到最优参数：驱动线圈在内圈、角传感线圈在外圈且以差分形式排布在驱动线圈两侧，驱动线圈匝数为21匝，角传感线圈匝数为2匝，线圈间距为0.020 mm。实验结果表明：驱动频率为604.4 Hz,驱动线圈电阻为114.537Ω,两端角传感线圈电阻分别为404.820和404.970Ω;驱动电流为5 mA时，偏转半角达到6.321°,机械偏转角达到12.642°,并且角传感器灵敏度为1.442 5 mV/°。因此，电磁式MOEMS扫描光栅微镜具有驱动信号小、偏转角度大和灵敏度高的特点。研究结果对于扩大近红外光谱仪的光谱检测范围以及提升检测精度具有实际应用价值。
2023年02期 v.60;No.549 251-258页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K] [下载次数：160 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 伍大锦;李中豪;唐军;刘俊;
对于金刚石氮空位(NV)色心磁力计，探索新的方法提高其灵敏度具有重要的意义。详细介绍了一种基于闭环反馈的频率调制技术结合磁集聚器的高灵敏度和高分辨率磁测量方法。设计了具有12倍磁放大倍数的T型磁集聚器。通过频率调制技术，磁力计灵敏度由1.5 nT/Hz~(1/2)提升到0.13 nT/Hz~(1/2)。同时，通过闭环锁定技术，磁力计最小可检测磁感应强度由10 nT增强到1 nT。该方法在理论和实验上均得到了验证，能够实现磁力计灵敏度和分辨率的提高，为高灵敏度和高分辨率磁力计的设计提供了参考，同时对自旋电子磁共振的基础研究也有着重要的意义。
2023年02期 v.60;No.549 259-264页 [查看摘要][在线阅读][下载 1420K] [下载次数：220 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 陈力;李招招;夏远辰;汪瑞齐;张彬;
摩擦纳米发电机(TENG)作为一种可以从环境中捕捉细微的能量并转换成电信号输出的新型能源收集研究热点，由于受结构和材料限制，导致其易受机械磨损而输出性能稳定性下降。研制了一种基于兔毛作为软接触材料的摩擦纳米发电机(TENG),并探究了聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)分别作为兔毛摩擦纳米发电(R-TENG)的介电材料时，R-TENG在不同转速(30、60、90和120 r/min)下具有的输出性能。结果表明，PVDF作为介电材料在基于兔毛的软接触配合中，其效果明显优于PTFE。在转速为120 r/min时，基于PVDF的R-TENG输出短路电流与开路电压分别可达3.3μA和873.27 V。将R-TENG在120 r/min转速下连续工作24 h后，得到测试前后短路电流和开路电压的衰减率分别为6%～7%和4.5%～6.5%,验证了基于兔毛软接触的R-TENG具有良好的耐久性，能够在实际应用中大大降低人工维修成本。对R-TENG进行功率匹配，在外部电阻为50 MΩ时，其输出功率可高达0.96 mW。利用R-TENG为电容进行供电实验，0.1μF的电容能够在短时间内充电到2.384 V,验证了以兔毛作为软接触材料时R-TENG的高性能特点，为传感器供电提供策略。
2023年02期 v.60;No.549 265-271页 [查看摘要][在线阅读][下载 1410K] [下载次数：479 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ]
- 秦芸;王智豪;杨玉华;何常德;王任鑫;
基于先进的微电子机械系统(MEMS)关键技术，研制了一种使用倒装焊技术将电容式微机械超声换能器(CMUT)与柔性印刷电路板(PCB)键合在一起的16×16阵元曲面阵列。为了研发高密度和高一致性的CMUT柱面阵列，设计了CMUT曲面阵列的工艺流程，并进行了制作，制备的CMUT中心频率为3 MHz。然后，对CMUT阵元进行了测试，测试结果表明，电容变化量基本为40～50 pF,且CMUT阵元的收发性能良好。将制作好的CMUT与柔性PCB进行键合，并对其进行划片，再采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充沟槽，最后粘在曲面模具上溅射金属上电极，制得CMUT曲面阵列。该阵列可在特定方向上弯曲，且曲面阵列的CMUT阵元一致性良好。下一步研究将使曲面阵能够以行列寻址的方式进行发射接收，减少阵元电极的接线数目。
2023年02期 v.60;No.549 272-279页 [查看摘要][在线阅读][下载 1895K] [下载次数：484 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：1 ] - 张扬;刘燕杰;郝文渊;温焕飞;唐军;刘俊;
为满足工业磁传感器高灵敏度、高信噪比(SNR)测量需求，基于自制的共聚焦磁检测系统，提出一种基于脉冲幅度调制技术的集群金刚石氮空位(NV)色心量子自旋定向激发(QSDE)方法。利用任意波形发生器构建sin型QSDE脉冲光探测磁共振序列，抑制传感体系中对微波敏感的Ns杂质与NV色心产生耦合效应带来的线宽展宽与噪声，提升谱线对比度的同时降低了线宽与噪声，突破微波强度对灵敏度和SNR的限制。经实验验证，相较连续波光探测磁共振(CW-ODMR)方法，该方法可将磁传感灵敏度和信噪比分别大约提升5倍和20 dB,为量子精密测量领域开辟了全新的技术路径和研究思路。
2023年02期 v.60;No.549 280-285页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K] [下载次数：180 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 汪卓;潘艳桥;刘志豪;彭磊;冯延冬;
固态金属材料以其高导电性和低成本等特点在柔性电子器件的制造中具有巨大的应用潜力，但现有熔融金属微制造工艺的制造精度有限。为了提高熔融金属在导电结构制备中的分辨率，研发了一种熔融金属电流体喷印直写打印方法。对该方法的基本原理进行阐述。利用自主研发的熔融金属电流体喷印喷头装置，以金属锡为原料进行实验，对打印工艺参数进行了研究。探究了脉冲峰值电压、喷嘴高度、打印速度对锡线成型质量的影响规律，研究结果表明：当脉冲峰值电压4.0 kV,喷嘴高度0.20 mm,打印速度2.0 mm/s时，锡线成型质量最好，能实现线宽约为50μm的锡线制备。最后，结合优化的工艺参数在聚酰亚胺(PI)薄膜上制作了高分辨率导电图案，验证了该方法的可行性，为熔融金属材料在柔性电子器件制造中的应用提供了新途径。
2023年02期 v.60;No.549 286-291页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K] [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 张海宾;孙权;吴化平;鹿业波;
打印银导线的横截面尺寸是影响导线性能和质量的一个重要参数。为了实现气溶胶打印银导线横截面尺寸的定量控制，通过实验总结分析了载气体积流量(8～14 mL/min)、气体体积流量比(环绕气体体积流量与载气体积流量的比值，2～6)、打印速度等工艺参数对打印银导线横截面尺寸的影响，并拟合得到了银导线横截面面积和横截面宽高比与打印参数的关系公式，结果显示，银导线横截面面积与载气体积流量基本呈线性关系，而银导线宽高比与载气体积流量和气体体积流量比呈近似二次关系。采用不同的参数组合对打印银导线横截面尺寸定量控制方法的有效性进行了验证，以打印横截面面积为100μm~2、宽高比为20的银导线为例，三组不同的打印工艺参数均可得到相同横截面尺寸的银导线，同时结果表明采用载气体积流量为14 mL/min,气体体积流量比为1.63时，打印的银导线质量最佳。
2023年02期 v.60;No.549 292-297页 [查看摘要][在线阅读][下载 1636K] [下载次数：87 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 刘光耀;王辰伟;周建伟;魏艺璇;张新颖;刘志;刘玉岭;
为了提升多层铜布线阻挡层化学机械抛光(CMP)的平坦化效果，以获得平坦度高和质量好的表面，研究了不同抛光时间对阻挡层抛光后平坦化效果和表面质量的影响。CMP实验使用自主研发的碱性抛光液，固定抛光液组分不变，在60 s、40 s+20 s与30 s+30 s三种不同抛光时间下对阻挡层材料和图形片进行了CMP实验。实验结果表明，改变抛光时间可以提高Cu去除速率和降低正硅酸乙酯(TEOS)去除速率；其中40 s+20 s抛光后碟形坑和蚀坑深度修正分别约为40 nm和20 nm;铜沟槽内铜线条剩余厚度为225.7 nm,基本与工业生产目标值225 nm相匹配；图形片CMP后表面缺陷数量降低至189颗；铜镀膜片抛光后表面粗糙度降低至0.351 nm。
2023年02期 v.60;No.549 298-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 1604K] [下载次数：317 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 张清泽;吴永进;马闯北;石现;孙云娜;丁桂甫;
垂直腔面发射激光器通常与微光学元件组合使用，以改善激光束的聚焦或准直效果。研究了一种光刻和化学机械抛光技术相结合的新工艺方法，用于原位制备SU-8微透镜阵列。通过调控光刻参数，可以精确控制微透镜的直径与高度。实验制备了不同尺寸的SU-8微透镜阵列，它们具有光滑的表面，分辨率可达12.7 lp/mm,展示出良好的光学特性与高稳定性。这是一种低成本和高良率的微透镜制备方法，适用于在已成型的垂直腔面发射激光器表面原位集成制备高精度定位的微透镜，无需额外的光学对准、转移和键合步骤。
2023年02期 v.60;No.549 305-312页 [查看摘要][在线阅读][下载 1663K] [下载次数：315 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 韩志强;汤炜;徐啸;陈泓玮;王立权;
由于金刚石氮空位(NV)色心的磁测量装置兼具高空间分辨率与高测量灵敏度的优点可用于半实物仿真暗室内弱磁场的测量。对金刚石NV色心磁测量装置的圆极化操控技术进行研究，设计圆极化谐振器，并结合高输出功率的射频放大器实现NV色心能级的选择性操控。通过光学检测磁共振(ODMR)与拉比振荡实验验证操控系统的性能，结果表明该系统的圆极化度高达93.24%,可实现高效的圆极化量子态操控。该技术有望在磁测量中去除线圈或永磁体提供的磁场偏置，缩小NV色心磁测量装置的体积，对暗室内弱磁场测量技术的发展具有重要意义。
2023年02期 v.60;No.549 313-319页 [查看摘要][在线阅读][下载 1490K] [下载次数：101 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 冯志博;李湃;袁燕;史向龙;于海洋;孟腾飞;
在制备温度补偿型声表面波(TC-SAW)滤波器温补层工艺过程中，温补层薄膜的厚度控制、膜层质量控制和膜厚不均匀性(NU)控制十分重要。对TC-SAW滤波器晶圆的温补层的化学机械抛光(CMP)工艺进行了研究，探讨了不同晶圆背压和保持环压力的比值、抛光头转速和抛光盘转速的比值等对温补层的影响，进一步优化工艺参数，并研究了CMP对温补层表面粗糙度的影响。结果表明：采用优化后的工艺参数，即晶圆背压与保持环压力比值约为1.46(晶圆背压为350 g/cm~3,保持环压力为240 g/cm~3)、抛光头转速为93 r/min、抛光盘转速为87 r/min时，可以获得厚度稳定、表面均匀性良好、粗糙度为0.4 nm的膜层。最后将TC-SAW滤波器晶圆温补层进行化学机械抛光，得到膜厚为605.4 nm,总厚度偏差(TTV)为62.06 nm, NU为2.54%的温补层表面，最终得到滤波器的温漂系数为-1.478×10~(-5)/℃,可以满足设计要求，提高了滤波器的合格率。
2023年02期 v.60;No.549 320-326页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K] [下载次数：162 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ]