近期，一個由日本國立材料研究所（NIMS）領導的研究小組成功地研制出一種高質量的金剛石懸臂，在室溫下具有最高的質量（Q）因子值。該小組還首次在世界上成功開發出能夠由電信號驅動和感測的單晶金剛石微電子機械系統（MEMS）傳感器芯片。這些成果可以推廣金剛石微機電系統（MEMS）的研究，比現有的硅微機電系統（MEMS）具有更高的靈敏度和更高的可靠性。

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       MEMS傳感器——其中微懸臂梁（固定在一端的投影光束）和電子電路集成在單個襯底上——已經用于氣體傳感器、質量分析儀和掃描顯微鏡探針。MEMS傳感器在防災、醫學等更廣泛的領域中的應用需要進一步提高其靈敏度和可靠性。金剛石的彈性常數和機械常數是所有材料中最高的，使其有望用于開發高可靠和超靈敏的MEMS傳感器。然而，由于金剛石的高硬度，三維微加工是困難的。該研究小組開發了一種“智能切割”的制造方法，使得能夠利用離子束對金剛石進行微加工，并在2010年成功地制造了單晶金剛石懸臂。然而，由于存在表面缺陷，金剛石懸臂梁的質量因子與現有硅懸臂梁的質量因子相似。

圖：通過該研究開發的金剛石MEMS芯片的顯微照片以及集成到芯片中的一個金剛石懸臂。

       研究小組隨后開發了一種新的技術，在金剛石表面進行原子刻蝕。這種蝕刻技術允許去除使用智能切割方法制造的單晶金剛石懸臂梁底表面的缺陷。所得到的懸臂梁的Q因子值——一個用于測量懸臂梁靈敏度的參數——超過100萬，居世界最高之列。該小組隨后提出了一個新的MEMS器件概念：同時集成懸臂梁、振蕩懸臂梁的電子電路和感測懸臂梁振動的電子電路。最后，該課題組研制出可由電信號驅動的單晶金剛石MEMS芯片，并在世界范圍內首次成功演示了其工作原理。該芯片具有高性能，高靈敏度，能夠在低電壓和高至600℃的溫度下工作。

       這些結果可以加速金剛石MEMS芯片的實際應用，尤其是至關重要的基礎技術的研究，有望開發出超靈敏、高速、緊湊、高性能、極其可靠的傳感器，能夠區分單分子一樣輕的質量。