突破瓶颈！Nature Electronics揭示高性能MEMS器件的创新设计！

随着微电子机械系统（MEMS）技术的快速发展，集成电子传感和驱动功能的活跃MEMS器件在力、加速度和生物分析物的测量中引起了广泛关注。尤其在原子力显微镜（AFM）领域，MEMS悬臂的应用使得在纳米尺度下的样品探测成为可能。然而，传统MEMS材料（如硅、氮化硅）由于其高杨氏模量，限制了器件的厚度，从而影响了挠度灵敏度（DS）和力敏感性（FS）的表现，这在许多应用中成为了一大瓶颈。 自感知MEMS悬臂是一种通过集成的应变传感器，从而能够实时监测挠度。尽管自感知悬臂具有一定的优势，但其力敏感性和信噪比仍然低于光学检测的悬臂，因此在AFM等高精度应用中未能得到广泛应用。此问题的根本原因在于自感知悬臂在不同测量量的灵敏度上存在差异，尤其是在力传感方面，受限于材料的弹性特性和传感器的灵敏度。 为此，科学家们开始探索将低杨氏模量的聚合物材料应用于MEMS器件的可能性。这种材料的使用有助于实现更厚的悬臂设计，同时保持较低的弹性模量常数，从而提升挠度灵敏度。然而，高温沉积半导体以实现高性能应变传感器与聚合物材料的兼容性问题也亟待解决。 为了填补这一知识空白，马洛桑联邦理工学院（EPFL）Georg E. Fantner教授团队在“Nature Electronics”期刊上发表了题为“A polymer–semiconductor–ceramic cantilever for high-sensitivity fluid-compatible microelectromechanical systems”的最新论文。本研究提出了一种新型的MEMS微加工平台，能够创建具有集成半导体电子元件的聚合物悬臂。通过采用三层结构，悬臂核心由聚合物材料制成，两侧则是陶瓷氮化硅层，这一设计不仅确保了器件的机械性能，也有效隔离了传感电子元件与外部环境的影响，使得悬臂在液体环境中表现出良好的兼容性。我们开发的多层制造方法使得高温工艺与聚合物加工分离，从而克服了传统方法的局限性。