通過(guò)這項(xiàng)研究開發(fā)的金剛石MEMS芯片的顯微照片以及集成到芯片中的金剛石懸臂之一

由NIMS領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功開發(fā)了高質(zhì)量的鉆石懸臂，該懸臂在室溫下達(dá)到了最高的質(zhì)量（Q）值。該小組在開發(fā)單晶金剛石微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器芯片方面也取得了世界上的首次成功，該傳感器芯片可以通過(guò)電信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)和感測(cè)。這些成就可能以比現(xiàn)有的硅MEMS更高的靈敏度和更高的可靠性普及金剛石MEMS的研究。

在MEMS傳感器中，微觀懸臂（僅固定在一端的投射光束）和電子電路集成在單個(gè)基板上。它們已用于氣體傳感器，質(zhì)量分析儀和掃描顯微鏡探頭。為了在包括災(zāi)難預(yù)防和醫(yī)學(xué)在內(nèi)的更廣泛的領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，它們需要更高的靈敏度和可靠性。

金剛石的彈性常數(shù)和機(jī)械常數(shù)是所有材料中最高的，因此有望用于開發(fā)高度可靠和靈敏的MEMS傳感器。但是，由于金剛石的機(jī)械硬度，很難對(duì)其進(jìn)行三維顯微加工。該研究小組開發(fā)了一種“智能切割”制造方法，該方法可以使用離子束對(duì)金剛石進(jìn)行微處理，并于2010年成功制造了單晶金剛石懸臂梁。但是，由于以下原因，金剛石懸臂梁的質(zhì)量因數(shù)與現(xiàn)有硅懸臂梁的質(zhì)量因數(shù)相似：表面缺陷的存在。

該研究小組隨后開發(fā)了一種新技術(shù)，可以對(duì)鉆石表面進(jìn)行原子級(jí)蝕刻。這種蝕刻技術(shù)使該團(tuán)隊(duì)可以消除使用智能切割方法制造的單晶金剛石懸臂梁底表面的缺陷。所得懸臂的Q因子值（用于測(cè)量懸臂靈敏度的參數(shù)）大于一百萬(wàn)。躋身世界最高之列。然后，該小組提出了一種新穎的MEMS器件概念：懸臂，振動(dòng)懸臂的電子電路和感測(cè)懸臂振動(dòng)的電子電路的同時(shí)集成。最后，該小組開發(fā)了可通過(guò)電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的單晶金剛石MEMS芯片并首次成功演示了其操作。該芯片表現(xiàn)出非常高的性能和靈敏度，可以在低壓和高達(dá)600°C的溫度下工作。

這些結(jié)果可能會(huì)加速對(duì)金剛石MEMS芯片的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要的基礎(chǔ)技術(shù)的研究，并能開發(fā)出能夠區(qū)分質(zhì)量差（如單個(gè)分子）的極其靈敏，高速，緊湊且可靠的傳感器。