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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，還將建立一個綜合教育計劃，旨在通過直接參與研究活動來教育和激勵學(xué)生。微機械共振微系統(tǒng)的研究對學(xué)生來說特別有價值，因為它涵蓋了從微和納米制造、材料特性、結(jié)構(gòu)分析、損耗機制物理、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)科教育價值。教育計劃的目標(biāo)是教育和激勵學(xué)生：（1）為學(xué)生創(chuàng)造一個多學(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）暑期教育推廣計劃，讓幾名高中生接觸微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，以及微型系統(tǒng)，通過讓他們直接參與提議的研究活動，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。
項目報告
本計畫旨在利用纖鋅礦型氮化鎵材料之壓電與熱釋電特性，實現(xiàn)非致冷紅外感測器。傳統(tǒng)的紅外光電探測器需要低溫冷卻，因此很難小型化。非致冷探測器體積小，重量輕，可以大大降低成本。在這項研究中，壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)都是在一個單一的共振傳感器元件中進行的。等效于溫度Δ5。在這個計畫的第一年，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探測器的靈敏度。此外，PI小組可以獲得一些迄今為止報道的最高Q值GaN諧振器。在項目的第二年，PI演示了一種基于GaN的共振紅外探測器。這是有史以來第一次演示諧振式非制冷紅外探測器，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)。概念驗證演示顯示了良好的性能。在該項目的第三年，PI和她的學(xué)生演示了第一個使用GaN基微機械諧振器和基于氮化硅的紅外吸收材料的微機械共振紅外探測器陣列。分析了探測器的性能，優(yōu)化了諧振器的設(shè)計，使其達到5mk的NEDT和1ms的響應(yīng)時間。與其他非制冷探測器相比，該器件顯示出更高的靈敏度，雖然這些器件的探測效率不會像光子探測器那么高，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。在項目的最后一年，研究小組進一步分析了聲電效應(yīng)，并展示了帶有波長選擇性等離子體吸收器的壓電/熱釋共振探測器。該項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NSF-NNIN REU項目和密歇根大學(xué)本科生研究機會計劃（UROP）和暑期本科生研究經(jīng)驗（SURE）參與了本研究。他們的培訓(xùn)涉及材料生長、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開發(fā)一個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。 |
