1.一种基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于,包括:衬底,以及衬底上方的CrPS 4 薄膜,衬底包括Si基底(5)、Si基底(5)上方的SiO 2 层(4)、SiO 2 层(4)上方的Si 3 N 4 层(3)、Si 3 N 4 层(3)上方的Ti和Au复合层(2);Ti和Au复合层(2)、Si 3 N 4 层(3)、SiO 2 层(4)的中部设有一个凹槽,凹槽底部设有Ti和Au复合层构成的电极(6);CrPS 4 薄膜的两侧固定于最上方的Ti和Au复合层(2)的上表面,其中间部分悬浮于所述凹槽上方;把悬浮的CrPS 4 薄膜视为机械振子,当CrPS 4 薄膜机械振子受力或加载于薄膜上的质量变化时,便会发生机械振动;当激光照射到CrPS 4 薄膜时,一部分被反射回来,另一部分穿透CrPS 4 薄膜并在底部衬底面上发生反射,继而两部分反射信号产生干涉图样,干涉信号随着CrPS 4 薄膜与衬底之间真空间隙深度的变化而变化;由此产生的反射光强度变化由光电探测器检测,并使用锁相放大器记录;激光通过调控光场来检测CrPS 4 薄膜机械振子的谐振频率和品质因子,通过CrPS 4 薄膜机械振子的频移响应来实现对质量或受力导致的位移的传感;传感的原理是:由于受力或加载于薄膜上的质量变化导致CrPS 4 薄膜机械振子的机械特性发生变化,从而引起该机械振子的谐振频率发生一定程度的偏移,即频移,通过建立微小质量扰动与频移响应之间的关系,实现微小的位移和质量传感和探测。
2.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:所述的微小质量为10 -24 克级。
3.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:激光源为633nm 的He-Ne激光。
4.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:传感装置工作于4k-100k的低温。
5.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:在4k的温度下,所述传感装置的位移和质量灵敏度分别为14~18 fm/Hz 1/2 和0.9-1.7 yg,CrPS 4 薄膜机械振子具有高达85~93 dB的宽动态范围和高达3000-4500的品质因子。
6.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:Ti和Au复合层中,Ti为5nm,Au为20nm。
7.根据权利要求1所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置,其特征在于:CrPS 4 薄膜厚度为20~50nm,CrPS 4 薄膜与底部衬底之间的悬浮高度为250 ~ 300 nm。
8.权利要求1至7任意一种所述的基于CrPS 4 薄膜机械振子的位移和质量传感装置的制备方法,其特征在于:利用半导体图形化工艺、刻蚀方法及电子束蒸发镀膜方法制备出衬底结构;通过机械剥离得到CrPS 4 并利用二维材料干法转移技术转移到衬底结构上,形成CrPS 4 薄膜机械振子;具体包括如下步骤:(1)预处理:包括硅片的切割、表面清洁、烘干;(2)一次光刻:将硅片进行涂胶操作,依次进行旋涂助黏剂和反转胶,之后放置到光刻机的样品台上进行曝光、显影、定影处理得到栅极图案;(3)电感耦合等离子体刻蚀:将一次光刻后的片子置于反应耦合等离子体设备中进行刻蚀,备得到80 nm左右深度的凹槽;(4)氢氟酸湿法刻蚀:将经过电感耦合等离子体刻蚀的片子在一定浓度的氢氟酸溶液中进行湿法刻蚀,目的是在SiO 2 层向下刻蚀一定深度,使得CrPS 4 薄膜结构悬浮起来,形成机械振子;(5)清洗片子表面的光刻胶:将做好图案结构的片子表面的光刻胶去除,泡在去胶液丙酮中,超声清洗,氮气吹干,加热台上烤干硅片表面剩余水分;经过以上工艺后,在光学显微镜和扫描电镜下观察到硅片表面刻蚀出的栅极图案、钻刻under-cut结构;(6)第二次光刻:在去胶完成的硅片表面重新涂一层光刻胶,将涂胶完成的硅片放置于光刻机的样品台上,进行对准,曝光,反转烘,泛曝光,显影,定影氮气吹干,最后烘烤以达到坚膜的目的;(7)电子束蒸发镀膜:完成二次光刻后,将硅片固定到电子束蒸发镀膜机的样品台上,先镀一层5 nm的钛,再镀20 nm的金,以此作为电极;(8)去胶:镀膜结束后,取下样品,泡在丙酮溶液、酒精、去离子水中依次进行超声清洗,最后进行氮气吹干,加热烘干表面多余水分,至此,CrPS 4 薄膜机械振子的衬底制备完成;(9)CrPS 4 薄膜干法转移:用聚二甲基硅氧烷PDMS胶带撕取少层CrPS 4 薄膜,利用二维材料干法转移平台将CrPS 4 薄膜转移到衬底结构上,由此CrPS 4 薄膜机械振子样品就制备完毕。