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更廣泛的影響：所提出的高性能和小尺寸諧振傳感器可以在環(huán)境傳感器、生物醫(yī)學(xué)傳感器、智能傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)等不同領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。除了概述的研究工作外，還將建立一個(gè)綜合教育計(jì)劃，旨在通過(guò)直接參與研究活動(dòng)來(lái)教育和激勵(lì)學(xué)生。微機(jī)械共振微系統(tǒng)的研究對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)特別有價(jià)值，因?yàn)樗w了從微和納米制造、材料特性、結(jié)構(gòu)分析、損耗機(jī)制物理、熱效應(yīng)和輻射效應(yīng)、建模和高頻界面電子學(xué)等多個(gè)主題。因此，它在基礎(chǔ)工程科學(xué)中具有前所未有的多學(xué)科教育價(jià)值。教育計(jì)劃的目標(biāo)是教育和激勵(lì)學(xué)生：（1）為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)多學(xué)科的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，并直接培養(yǎng)兩名博士生；（2）暑期教育推廣計(jì)劃，讓幾名高中生接觸微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，以及微型系統(tǒng)，通過(guò)讓他們直接參與提議的研究活動(dòng)，以及（3）讓代表性不足群體的本科生參與PIs的研究和教育活動(dòng)。
項(xiàng)目報(bào)告
本計(jì)畫(huà)旨在利用纖鋅礦型氮化鎵材料之壓電與熱釋電特性，實(shí)現(xiàn)非致冷紅外感測(cè)器。傳統(tǒng)的紅外光電探測(cè)器需要低溫冷卻，因此很難小型化。非致冷探測(cè)器體積小，重量輕，可以大大降低成本。在這項(xiàng)研究中，壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)都是在一個(gè)單一的共振傳感器元件中進(jìn)行的。等效于溫度Δ5。在這個(gè)計(jì)畫(huà)的第一年，PI首次展示了GaN體聲波諧振器和濾波器的聲電Q放大。利用聲電效應(yīng)提高了制作的諧振器的品質(zhì)因數(shù)，從而提高了GaN探測(cè)器的靈敏度。此外，PI小組可以獲得一些迄今為止報(bào)道的最高Q值GaN諧振器。在項(xiàng)目的第二年，PI演示了一種基于GaN的共振紅外探測(cè)器。這是有史以來(lái)第一次演示諧振式非制冷紅外探測(cè)器，它利用諧振器材料中的壓電效應(yīng)、熱效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)。概念驗(yàn)證演示顯示了良好的性能。在該項(xiàng)目的第三年，PI和她的學(xué)生演示了第一個(gè)使用GaN基微機(jī)械諧振器和基于氮化硅的紅外吸收材料的微機(jī)械共振紅外探測(cè)器陣列。分析了探測(cè)器的性能，優(yōu)化了諧振器的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到5mk的NEDT和1ms的響應(yīng)時(shí)間。與其他非制冷探測(cè)器相比，該器件顯示出更高的靈敏度，雖然這些器件的探測(cè)效率不會(huì)像光子探測(cè)器那么高，但是寬帶響應(yīng)、低噪聲和非制冷工作提供了一個(gè)有吸引力的替代方案。GaN傳感器原型是在GaN-on-silicon-on-insulator或GaN-on-si襯底上制作的。在項(xiàng)目的最后一年，研究小組進(jìn)一步分析了聲電效應(yīng)，并展示了帶有波長(zhǎng)選擇性等離子體吸收器的壓電/熱釋共振探測(cè)器。該項(xiàng)目的教育部分涉及研究生、本科生和高中生的大量參與。四名研究生和幾名本科生通過(guò)NSF-NNIN REU項(xiàng)目和密歇根大學(xué)本科生研究機(jī)會(huì)計(jì)劃（UROP）和暑期本科生研究經(jīng)驗(yàn)（SURE）參與了本研究。他們的培訓(xùn)涉及材料生長(zhǎng)、器件制造、分析工具（如原子力顯微鏡）和光學(xué)特性（如光致發(fā)光）。教育部分還包括由PI開(kāi)發(fā)一個(gè)新的研究生水平課程，并且由co PI不斷將其納入現(xiàn)有課程中。 |
