[发明专利]基于隧道效应的纳米梁振动控制装置

摘要

本发明提出一种纳米梁振动控制装置与方法。基于隧道效应的纳米梁振动控制装置，包括纳米梁静电激励振动装置、振动信号检测装置和纳米梁振动控制装置三部分。纳米梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；当纳米梁振动时，探测尖随着纳米梁上下振动，与导电块间的距离产生周期性变化，产生与振动信号同步的周期性变化隧道电流，隧道电流流经信号取样电阻，产生周期性变化的电压，通过信号检测电路采集该电压信号，可以检测纳米梁的振动频率。信号检测器将此振动信号传递给左极板控制器和右极板控制器，然后分别控制左静电驱动极板和右静电驱动极板，来控制纳米梁的振动。

主权项

1.一种基于隧道效应的纳米梁振动控制装置，包括纳米梁静电激励振动装置、振动信号检测装置和纳米梁振动控制装置三部分，其特征在于：所述纳米梁(3)静电激励振动装置由交流信号源(1)、纳米梁(3)、静电驱动极板(4)、开关(2)和导线组成；所述纳米梁(3)左端固定，右端自由，长度、宽度和高度分别为1.1μm、120nm和75nm，纳米梁(3)用碳化硅材料制作，在表面镀一层金金属层(15)，厚度为5nm，纳米梁(3)最右端正下方为固定的静电驱动极板(4)，长度约为纳米梁的四分之一，静电驱动极板(4)与底板(5)固结，与纳米梁(3)之间的距离为1μm；所述交流信号源(1)一端通过一根导线连接纳米梁(3)右端的金金属层(15)，另一端由另一根导线连接开关(2)上端，开关(2)下端通过导线连接静电驱动极板(4)；开关(2)闭合时，纳米梁(3)和静电驱动极板(4)间会产生一个交流电压信号，激励纳米梁(3)产生振动；所述振动信号检测装置由固结于纳米梁(3)固定端附近下方的探测尖(14)、导电块(13)、电源(12)、信号取样电阻(11)、信号检测器(10)和导线组成，所述探测尖(14)位于纳米梁(3)左端下方，与纳米梁的固定端距离为200nm，导电块(13)位于探测尖(14)正下方，固结于底板(5)，探测尖(14)指向导电块(13)中央位置，探测尖(14)与导电块(13)间的距离为1nm；所述电源(12)一端通过纳米梁(3)上的金金属层(15)与探测尖(14)相连接，另一端与信号取样电阻(11)连接，信号取样电阻(11)通过导线与导电块(13)连接，信号检测器(10)通过导线与信号取样电阻(11)并联；所述纳米梁(3)振动控制装置由信号检测器(10)、左极板控制器(9)、右极板控制器(7)、左静电驱动极板(8)、右静电驱动极板(6)和导线组成，所述信号检测器(10)的下端通过导线分别连接左极板控制器(9)和右极板控制器(7)的下端，左极板控制器(9)的上端通过导线连接左静电驱动极板(8)，右极板控制器(7)的上端通过导线连接右静电驱动极板(6)，所述左静电驱动极板(8)和右静电驱动极板(6)固结在底板(5)上；纳米梁(3)在交流电压信号激励作用下产生受迫振动；当纳米梁(3)振动时，探测尖(14)随着纳米梁(3)上下振动，与导电块(13)间的距离产生周期性变化，产生与振动信号同步的周期性变化隧道电流，隧道电流流经信号取样电阻(11)，产生周期性变化的电压，通过信号检测电路采集该电压信号，能够检测纳米梁(3)的振动频率；信号检测器(10)将此振动信号传递给左极板控制器(9)和右极板控制器(7)，然后分别控制左静电驱动极板(8)和右静电驱动极板(6)，来控制纳米梁(3)的振动；保证系统振动为线性的临界控制电压为