ИСТИНА

Кантилеверы — это наипростейшие микромеханические преобразователи, которые позволят создать новые химические, физические и биологические сенсоры. Подобные датчики обладают огромным потенциалом для детектирования следовых количеств различных веществ (порядка ppb и ppt) в газовой и жидкой средах. Принцип действия таких сенсоров основан на изменении механических свойств (сдвиг резонансной частоты, изгиб балки и т.д.) в результате адсорбции анализируемого вещества на поверхность кантилевера. В настоящее время кантилеверы в основном изготавливают из кремния, используя при этом хорошо развитый инструментарий электронной промышленности. Однако сенсорные свойства создаваемых структур все ещё далеки от совершенства. Перспективным материалом для получения микромеханических систем является анодный оксид алюминия, обладающий уникальными механическими свойствами в широком температурном интервале и устойчивый в химически агрессивных средах. Благодаря высокоразвитой пористой структуре, при использовании анодных пленок для получения кантилеверов возможно достижение большей чувствительности по сравнению с кремниевыми аналогами. Кроме того, возможность в широком диапазоне варьировать параметры пористой структуры (диаметр пор, расстояние между каналами) позволяет управлять механическими свойствами получаемых кантилеверов. Целью данной работы является создание кантилеверов на основе пористого оксида алюминия и исследование их свойств. Для структурирования оксидного слоя в работе применяли метод химической фотолитографии. Экспериментально установлено, что толщина пористой пленки анодного оксида алюминия линейно зависит от пропущенного заряда с коэффициентом пропорциональности 1,92 Кл/(мкм*см2). Оптимизированы условия проведения фотолитографического процесса. Показано, что отражающей способности поверхности анодного оксида алюминия достаточно для детектирования колебаний кантилевера. С увеличением толщины пористой балки ее жесткость увеличивается, что приводит к увеличению резонансной частоты перпендикулярных колебаний. Общий вид амплитудно-частотной характеристики кантилеверов не зависит от области детектирования, а интенсивность анализируемого сигнала уменьшается при перемещении лазерного луча от конца к основанию балки. Экспериментально установлено, что при механическом возбуждении кантилеверов возникают как колебания перпендикулярные поверхности балки, так и торсионные. Добротность нормальных колебаний возрастает при помещении кантилевера из атмосферного воздуха в вакуум (10-5 мбар). Было выяснено, что сдвиг пиков, соответствующих нормальным колебаниям, при помещении кантилевера из атмосферного воздуха в вакуум (10-5 мбар), происходит в сторону более высоких частот. Предложен мульти-резонансный метод определения коэффициента жесткости пористого оксида алюминия. С его помощью был выяснен коэффициент жесткости для пористого оксида алюминия, полученного при 40 В в 0,3 М щавелевой кислоте, равный 140 ГПа. Теоретически рассчитанные резонансные частоты, соответствующие нормальным и торсионным колебаниям, согласуются с полученными экспериментально АЧХ.