[發明專利]微機械或納米機械顆粒檢測設備

在審

• 申請號: 201910003107.4
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109994364A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂安·海恩茨;馬克·桑薩·佩納
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: H01J49/04
• 分類號: H01J49/04;H01J49/26
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 孟媛;姚開麗

公開了微機械或納米機械顆粒檢測設備。顆粒檢測設備包括：支撐件；用于接收顆粒的平臺(4)；四個梁(12.1，12.2，12.3，12.4)，所述四個梁將平臺(4)懸掛在支撐件(2)上，使得平臺(4)能夠振動；用于使所述平臺(4)以共振頻率振動的裝置(8)；用于檢測平臺(4)在位移方向上的位移的檢測裝置(10)。每個梁(12.1，12.2，12.3，12.4)具有長度l、寬度L和厚度e，并且平臺(4)具有在平臺的位移方向上的尺寸，并且其中，在設備具有平面外模式時l≥10×L，并且，每個梁在平臺(4)的位移方向上的尺寸比平臺(4)在位移方向上的尺寸小至少10倍。

技術領域

本發明涉及一種實現共振微機械和/或納米機械結構的機械檢測設備。

背景技術

檢測設備可用于進行重量檢測，并且更具體地，用于進行氣體檢測的化學傳感器、生物傳感器以及基于共振微機械和/或納米機械結構的質譜儀。

質譜儀是質量檢測器，其可以確定單個顆粒的質量。例如，它用于生物學中以確定生物細胞的質量。共振微機械和/或納米機械系統可以用在質譜儀中。該系統包括能夠接收例如生物細胞的梁或結構，該梁或結構在其共振頻率下被激發。生物細胞的沉積改變了梁或結構的質量，從而改變了其共振頻率。通過測量和處理對應于每個生物細胞的沉積的共振頻率的變化，可以從中推斷出生物細胞的質量。

A.Rahafrooz和S.Pourkamali的文獻“用于空氣傳播顆粒質量感測的熱驅動微機械諧振器的制造和表征：I.諧振器設計和建模(Fabrication andcharacterization ofthermally actuated micromechanical resonators for airbome particle masssensing：I.Resonator design and modeling)”Micromechanics Microengineering雜志，(第20卷，編號12，第125018部分，2010年)描述了一種用于檢測空氣中的顆粒的質量的微機械諧振器。該諧振器包括在其四個頂點處通過四個梁懸掛的平臺。這些梁中的兩個是活動的，也就是說它們專用于對平臺的運動進行致動和檢測。每個活動梁被分成兩個并且連接到兩個不同的電極，使得電流可以通過梁循環。通過使調制電流在梁中循環來獲得致動，并且通過檢測由于壓阻效應而在梁中循環的電流來獲得檢測。在致動之后，使質量體在平面中振動。一方面，該設備包括復雜形狀的梁。此外，它們中的每個都需要兩個電連接件，這限制了該設備可以達到的最小尺寸。該設備的制造很復雜。另一方面，使電流在梁中循環的事實導致結構的加熱并改變其性質。而且，這種加熱限制了適合于梁的生產的材料的選擇。另外，該結構不適合激發和/或檢測平面外模式。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種顆粒檢測設備，其具有相對于現有技術的顆粒檢測設備的簡化結構。

上述目的通過一種顆粒檢測設備來實現，該顆粒檢測設備包括：平臺，平臺的一個面至少用于接收待檢測的顆粒；懸掛裝置，用于懸掛所述平臺，使得所述平臺能夠振動；用于使所述平臺振動的裝置；所述懸掛裝置包括至少兩個梁，所述梁構造成在平臺振動時變形，梁和平臺的尺寸設計成使得在平臺振動時，所述平臺不會由于變形的梁的作用而變形或變形很小。檢測設備還包括用于檢測平臺的位移的檢測裝置。

優選地，梁在支撐件和平臺之間的長度比梁的截面的尺寸大至少十倍。梁在振動的運動方向上的尺寸比平臺在該方向上的尺寸小至少十倍。

在平臺的平面內位移和平面外位移的示例性實施例中，梁彎曲變形。

在示例性實施例中，檢測裝置將懸掛裝置實現為梁，梁例如由壓阻材料制成。

在另一示例性實施例中，檢測裝置是光學的并且包括布置在平臺附近的光學諧振器，使得平臺的位移改變諧振器的光學特性。