【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子电子学领域以及光机电，尤其涉及一种基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计及其制备方法。
技术介绍
1、传统光学加速度计多为硅材料与外部光源集成获得，难以实现高密度光电集成，且器件的灵敏度、稳定性和量程有待提高。针对上述问题，本项目拟在电泵浦ingan量子阱梁上设计双激光器，构建光机电一体化微腔加速度计。加速度负载下，梁机械应变引起的压电极化场诱导量子阱的量子限制斯塔克效应，造成电泵浦梁激光器的激光拍频移动，通过拍频变化来感知加速度大小。本项目将研究上述多物理场机制下梁激光器的激光模式移动的机理，建立加速度与光谱拍频移动量的定量关系模型，探究压电极化场下ingan量子阱带隙变化的动力学图景和梁光机电微腔的机械应变与光场及电场的耦合传感机制。其中目前存在以下技术问题：
2、1、整体加速度计的一根梁的设计，既要考到梁的长度对发光有所影响，又要兼顾量子限制斯塔克效应的实现，还要注意实际加工过程中实现的可能性。
3、2、器件的搭线，考虑布线的位置不能影响到器件的正常工作。
4、3、将光源和传感器集成在同一个微腔结构中是一项复杂的任务，尤其是当涉及到材料的光电特性与机械特性时，需要考虑光源和传感器的性能可能会相互影响。
5、4、尽管光机电一体化设计有可能提高加速度计的集成度，但微型化过程中，可能会遇到器件之间的相互干扰、功耗过高等问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术公开了基于量子限制斯塔克效应外差式光机电
2、基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计，以硅基氮化物外延片为载体，包括从下至上依次设置的硅衬底层、氮化铝层、u型氮化镓层、n型氮化镓层、量子阱层、p型氮化镓层、sio2层、设置在所述p型氮化镓层上的p型电极、设置在所述n型氮化镓层边缘的n型电极，所述硅衬底层之上全部刻蚀掉，仅保留方形盘及梁下面的部分，使之露出梁以及方形盘的形状，n型电极设置在裸露出的n型氮化镓层上。
3、此加速度计是一个长方形腔体，中间由一根梁连接着，梁的两边两个方块会被掏空；中间的梁和一个方形电极构成p型电极，同时中间梁上除了梁的二分之一处和约四分之一处的两个方块上都镀一层sio2层，p型电极是沉积在中间梁上的sio2层上表面；n型电极沉积在另一边n型氮化镓层上为方形电极。
4、进一步的，本专利技术加速度计中，所述的一根梁，在静重力的作用下，梁会发生形变，形变造成的压电极化场会诱导铟镓氮量子阱的材料的量子限制斯塔克效应，由于应力的不同，两个ld的峰值中心会有频差。通电情况下，加速度负载频差会发生变化，由于频差的变化，可以更加稳定，精确的感知加速度的大小。
5、本专利技术利用光学光刻和icp刻蚀工艺和氢氟酸与稀硝酸混合液湿法刻蚀工艺制备一根梁。设计合理的工艺步骤，包括刻蚀模板的形状，获得由柱状支撑的且边缘光滑的单梁。
6、本专利技术制备基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计的方法，包括以下步骤：
7、第一步：在硅基氮化镓外延片的p型氮化镓上表面旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义两个方形盘由一根梁连接的图形；
8、第二步：采用电子束蒸镀技术在定义的图形上表面蒸镀300-500nm厚度的金属镍，然后将晶片放入丙酮溶液进行超声处理，之后将晶片放入超纯水中清洗，然后依次放入无水乙醇、超纯水中清洗，最后去除残留的光刻胶；得到镍的一个掩膜图形。
9、第三步：采用icp刻蚀技术向下刻蚀2μm-2.5μm到n型氮化镓层，从而将所述第一步中定义出的图形转移至硅基氮化物晶片的n型氮化镓层中，得到加速度计一根梁的结构；
10、第四步：稀硝酸去除金属镍，然后立即放入超纯水中清洗干净；
11、第五步：在加速度计一根梁上蒸镀sio2层，但梁的中间和梁的四分之一处两个小方块不蒸镀sio2层。
12、第六步：在加速度计一根梁及外围方形表面旋涂光刻胶，确保刻蚀过程中，梁结构及外围不会被刻蚀掉，起保护作用；
13、第七步：采用电子束蒸镀技术在定义的图形上表面蒸镀300-500nm厚度的金属镍，然后将外延片放入丙酮溶液进行超声清洗，然后依次放入无水乙醇、超纯水中清洗，最后去除残留的光刻胶，得到镍的一个掩膜图形；
14、第八步：采用icp刻蚀技术，将图形向下刻蚀直至掏空中间；
15、第九步：采用电子束蒸镀技术在p型区电极图形上表面上蒸镀正电极，在n型区电极图形上表面上蒸镀负电极，使得p型氮化镓层和n型氮化镓层上分别镀上正负电极，最后去除残留的光刻胶，获得p型区电极和n型区电极；
16、第十步：采用氢氟酸与稀硝酸的混合液湿法刻硅，直至硅衬底层底部，使硅衬底层中形成支撑此结构的硅柱和底面，构成悬空梁结构。
17、进一步的，本专利技术方法中，正电极和负电极均为蒸镀的au/ni。
18、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
19、1、本专利技术使用了单一的外延片，无需生长不同的材料，结构简单，尺寸很小，集成方便。相比于目前的采用si、sin等无源材料制作做的光学加速度计，具有微型化、低成本、高灵敏度，抗电磁干扰，抗冲击的优势。2、本项目拟在电泵浦ingan量子阱梁上设计双激光器，构建光机电一体化微腔加速度计。加速度负载下，梁机械应变引起的压电极化场诱导量子阱的量子限制斯塔克效应，造成电泵浦梁激光器的激光拍频移动，通过拍频变化来感知加速度大小。
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1.一种基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计，其特征在于，该加速度计以硅基氮化物外延片为载体，包括从下至上依次设置的硅衬底层（1）、氮化铝层（2）、u型氮化镓层（3）、n型氮化镓层（4）、量子阱层（5）、p型氮化镓层（6）、SiO2层（7），设置在所述p型氮化镓层（6）上的p型电极（8）、设置在所述n型氮化镓层（4）边缘的n型电极（9），所述硅衬底层（1）的四周全部刻蚀掉，保留中间一根梁(11)及梁（11）下面的部分；通电后梁（11）的两个应力敏感区（10）会发出激光LD。
2.根据权利要求1所述的基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计，其特征在于，此加速度计是一个长方形腔体，中间由一根梁（11）连接着，梁（11）的两边两个方块会被掏空；中间的梁和一个方形电极构成p型电极（8），同时中间梁上除了梁的二分之一处和约四分之一处的两个方块上都镀一层SiO2层（7），p型电极（8）是沉积在中间梁上的SiO2层（7）上表面；n型电极（9）沉积在另一边n型氮化镓层（4）上为方形电极。
3.根据权利要求3所述的基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速
4.一种基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计的制备方法，其特征在于，所述正电极和负电极均为蒸镀的Au/Ni。
...【技术特征摘要】
1.一种基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计，其特征在于，该加速度计以硅基氮化物外延片为载体，包括从下至上依次设置的硅衬底层（1）、氮化铝层（2）、u型氮化镓层（3）、n型氮化镓层（4）、量子阱层（5）、p型氮化镓层（6）、sio2层（7），设置在所述p型氮化镓层（6）上的p型电极（8）、设置在所述n型氮化镓层（4）边缘的n型电极（9），所述硅衬底层（1）的四周全部刻蚀掉，保留中间一根梁(11)及梁（11）下面的部分；通电后梁（11）的两个应力敏感区（10）会发出激光ld。
2.根据权利要求1所述的基于量子限制斯塔克效应外差式光机电微腔加速度计，其特征在于，此加速度计是一个长方形腔体，中间由一根梁（11）连接着，梁（11）的两边两个方块会被掏空；中间的梁和一个方...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚毅，郭建勋，陈奕彤，颜新悦，秦飞飞，王子轩，蔡志匡，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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