近日，湖南大學機械與運載工程學院微納制造與微系統技術研究團隊提出了一種基于電極質量負載超靈敏的聲表面波敏感機制，并采用新型電子束納米加工藝、結合自主推導的專用鄰近效應修正公式，制備了超高頻超靈敏的聲表面波MEMS傳感器，實現微質量超靈敏探測和TNT爆炸物的低濃度檢測。
該研究團隊開發了超高頻聲表面波叉指電極的創新微納加工工藝，推導了專用的電子束鄰近效應修正公式，結合先進工藝及劑量修正公式，實現了線寬為35 nm、波長為160 nm的密集、超細長聲表面波叉指換能器，在低聲速的鈮酸鋰襯底材料上獲得了諧振頻率高達30 GHz的超高頻聲表面波器件，打破了目前該類器件工作頻率的世界紀錄，為超高頻濾波器、超靈敏傳感器、超高精度微流體執行器的開發奠定了工藝基礎，相關成果發表在應用物理及器件物理領域國際頂尖期刊Applied Physics Letters上。
圖1 超高頻聲表面波換能器的典型電子顯微鏡圖
基于上述超高頻器件，該研究團隊提出了基于聲表面波電極質量負載效應的全新敏感機制，實驗上展示了14.84 pg的微質量探測，其質量敏感靈敏度高達6.351 x 10? MHz/μg，比傳統聲波傳播區域的敏感機制靈敏度高近1000倍，是傳統QCM質量傳感器的1011倍，并成功實現了濃度為4.4 x 10?? M的 TNT爆炸物探測，相關成果發表在傳感器領域的國際頂尖期刊ACS Sensors上。
圖2 基于超高頻聲表面波器件電極質量負載效應的微質量探測和TNT超靈敏檢測
該研究得到了國家自然科學基金、湖南省重點研發計劃等項目的資助，并得到汽車電子與控制技術教育部工程研究中心、國家先進軌道交通裝備創新中心等機構的支持。
