一种悬空二硫化钼柔性离子传感器制造技术

一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，包括从上到下连接在一起的氮化硼、二硫化钼、氮化硼，金属电极，柔性基底；所述二硫化钼位于氮化硼下方，位于氮化硼上方；所述二硫化钼和氮化硼、氮化硼组成复合梁结构，梁两端分别与金属电极接触，中间部分悬空；柔性基底位于所述复合梁结构悬空部分下方。氮化硼作为保护层，有效隔绝二硫化钼上下表面与空气，以及空气中的水蒸气接触，防止二硫化钼在空气中退化，悬空结构可以防止二硫化钼与柔性基底直接接触，从而可以避免基底对二硫化钼的散射影响；这种结构可使二硫化钼离子传感器获得更好的检测下限、提高长期稳定性，并且降低基底形变对器件的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种悬空二硫化钼柔性离子传感器
本技术涉及MEMS
，特别涉及一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，是一种具有氮化硼保护层的悬空二硫化钼传感器结构，该结构可使二硫化钼离子传感器获得更好的检测下限、提高长期稳定性、降低形变对器件的影响。
技术介绍
目前，可穿戴柔性传感器发展的瓶颈在于敏感材料的性能无法满足需求。二维材料二硫化钼的出现为解决以上问题带来希望。二硫化钼具有极大的比表面积(可提升灵敏度；极低的噪声(可获得更好的检测下限；高断裂应变(抗弯折；易于加工与集成的潜力，因此是理想的敏感材料。目前文献报道的二硫化钼传感器性能受到器件结构的制约，现有技术中二硫化钼离子传感器常见结构详见图1，图中，1-1—二硫化钼，1-2—金属电极，1-3—基底；二硫化钼1-1与基底1-3直接接触，基底表面悬挂键对二硫化钼内部载流子形成强烈散射，增大噪声，淹没有效信号，使器件无法达到应有的超低检测下限。二硫化钼上表面长期暴露在空气中，氧气、水蒸气等会使其电学特性逐渐退化，使器件性能产生明显漂移，影响长期稳定性(Selectivegassensingwithh-BNcappedMoS2heterostructruethin-filmtransistors,G.Liu,IEEEElectronDeviceLetters,2015,36,1202-1204。二硫化钼具有压阻效应，电阻值随应力产生明显变化(Peizoresistivityandstrin-inducedbandgaptuninginatomicallythinMoS2,S.Manzeli,etal,NanoLetters,2015,15,5330-5335，参照图2。可穿戴柔性器件需要经常产生较大形变，压阻效应降低了二硫化钼传感器在动态使用过程中的稳定性。以上非理想因素使MoS2优良的材料特性无法充分发挥，降低了传感器性能。因此需要一种易于加工的MEMS新结构，能够有效提升二硫化钼离子传感器的性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，利用氮化硼包裹二硫化钼上下表面，防止其电学特性在空气中逐渐退化；采用悬空结构将二硫化钼与基底隔离，避免基底散射影响；使悬空二硫化钼复合梁形成松弛结构，降低基底形变过程中应力对传感器的影响。为了达到上述目的，本技术是通过下述方法实现的：一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，包括从上到下连接在一起的氮化硼层、二硫化钼层、氮化硼层，金属电极和柔性基底；所述二硫化钼层位于氮化硼层下方，位于氮化硼层上方，且二硫化钼层和氮化硼层、氮化硼层组成复合梁结构，复合梁两端分别与金属电极连接，复合梁中间部分悬空；所述柔性基底位于所述复合梁结构悬空部分下方。所述二硫化钼层为单层或多层，一般为1-10层。所述氮化硼层、氮化硼层为单层或多层，一般为1-10层。所述二硫化钼层、氮化硼层和氮化硼层组成复合梁结构的中间悬空部分中，二硫化钼层、氮化硼层和氮化硼层的形状、面积相同；二硫化钼层的上表面被氮化硼层完全覆盖，二硫化钼层下表面除去与金属电极接触部分，其余部分被氮化硼层完全覆盖。所述复合梁悬空部分长度大于两个金属电极间距，呈松弛状态。所述金属电极通过溅射、或蒸镀或其它方法形成于柔性基底上表面，其中金属材料选用Au、Ag、Cu、Al、Pt中的任意一种。所述柔性基底表面除金属电极以外的区域整体向下凹陷1-10微米。本技术的有益效果是：(1避免基底散射影响，降低检测下限。基底表面的悬挂键会对二硫化钼产生强烈的散射，并产生明显的低频噪声。悬空结构可以防止二硫化钼与基底直接接触，从而可以避免基底对二硫化钼的散射影响(氮化硼没有悬挂健，对二硫化钼的散射可以忽略。传感器的检测下限最终取决于信噪比，因此通过悬空结构降低噪声可以使传感器达到更低的检测下限。(2避免环境影响，提高长期稳定性。氮化硼作为保护层，可以有效隔绝二硫化钼上下表面与空气，以及空气中的水蒸气接触，防止二硫化钼在空气中退化，进而提升器件长期稳定性。(3减小基底形变影响。可穿戴柔性器件需要经常产生较大形变，通常情况下，二硫化钼会随基底一同形变，使传感器的性能发生相应变化。本技术方案中，基底的压缩形变只能使复合梁更加松弛，不会产生明显应力，基底在一定范围内的拉伸也不会使复合梁完全伸直，可以保证在形变过程中复合梁始终保持松弛状态，避免内部产生明显拉应力，降低形变对传感器性能产生的不利影响，能比较稳定的进行动态测量。附图说明图1为现有技术中二硫化钼离子传感器常见结构。图2为二硫化钼压阻效应的测量结果图，二硫化钼电阻值随形变产生明显变化。图3为本技术的具有氮化硼保护层的悬空二硫化钼传感器结构侧视图，图中，2-1—氮化硼，2-2—二硫化钼，2-3—氮化硼，2-4—金属电极，2-5—柔性基底。图4为本技术的具有氮化硼保护层的悬空二硫化钼传感器结构俯视图，图中，2-1—氮化硼，2-4—金属电极，2-5柔性基底。图5为本技术的二硫化钼传感器加工流程图。图6为具有氮化硼保护层的二硫化钼离子传感器对不同氢离子浓度(不同pH值的响应结果图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术的技术方案做进一步说明。参照图3、图4，一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，包括从上到下连接在一起的氮化硼层2-1、二硫化钼层2-2、氮化硼层2-3，金属电极2-4和柔性基底2-5；所述二硫化钼层2-2位于氮化硼层2-1下方，位于氮化硼层2-3上方，且二硫化钼层2-2和氮化硼层2-1、氮化硼层2-3组成复合梁结构，复合梁两端分别与金属电极2-4连接，复合梁中间部分悬空；所述柔性基底2-5位于所述复合梁结构悬空部分下方。所述二硫化钼层2-2为单层或多层，一般为1-10层。所述氮化硼层2-1、氮化硼层2-3为单层或多层，一般为1-10层。所述二硫化钼层2-2、氮化硼层2-1和氮化硼层2-3组成复合梁结构的中间悬空部分中，二硫化钼层2-2、氮化硼层2-1和氮化硼层2-3的形状、面积相同；二硫化钼层2-2的上表面被氮化硼层2-1完全覆盖，二硫化钼层2-2下表面除去与金属电极接触部分，其余部分被氮化硼层2-3完全覆盖。所述复合梁悬空部分长度大于两个金属电极间距，呈松弛状态。所述金属电极2-4通过溅射、或蒸镀或其它方法形成于柔性基底2-5上表面，其中金属材料选用Au、Ag、Cu、Al、Pt中的任意一种。所述柔性基底2-5表面除金属电极以外的区域整体向下凹陷1-10微米。本技术的工作原理为：吸附在复合梁表面的被测离子导致二硫化钼层2-2的载流子浓度变化，进而导致二硫化钼层2-2的电阻率变化。氮化硼2-1作为保护层，有效隔绝二硫化钼2-2上下表面与空气，以及空气中的水蒸气接触，防止二硫化钼在空气中退化，悬空结构可以防止二硫化钼2-2与柔性基底2-5直接接触，从而可以避免基底对二硫化钼的散射影响。参照图5，本技术的传感器具体加工流程如下：(一)基底与金属电极加工在柔性聚合物PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基底表面旋涂一层负性光刻胶(匀胶机转速1000-4000RPM，时间30-90秒)，在热板上90-120℃加热1-2分钟。通过曝光(1-2分钟)，后烘(90-12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，包括从上到下连接在一起的氮化硼层(2‑1)、二硫化钼层(2‑2)、氮化硼层(2‑3)，金属电极(2‑4)和柔性基底(2‑5)；所述二硫化钼层(2‑2)位于氮化硼层(2‑1)下方，位于氮化硼层(2‑3)上方，且二硫化钼层(2‑2)和氮化硼层(2‑1)、氮化硼层(2‑3)组成复合梁结构，复合梁两端分别与金属电极(2‑4)连接，复合梁中间部分悬空；所述柔性基底(2‑5)位于所述复合梁结构悬空部分下方。

【技术特征摘要】
1.一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，包括从上到下连接在一起的氮化硼层(2-1)、二硫化钼层(2-2)、氮化硼层(2-3)，金属电极(2-4)和柔性基底(2-5)；所述二硫化钼层(2-2)位于氮化硼层(2-1)下方，位于氮化硼层(2-3)上方，且二硫化钼层(2-2)和氮化硼层(2-1)、氮化硼层(2-3)组成复合梁结构，复合梁两端分别与金属电极(2-4)连接，复合梁中间部分悬空；所述柔性基底(2-5)位于所述复合梁结构悬空部分下方。2.根据权利要求1所述的一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，所述二硫化钼层(2-2)为单层或多层，一般为1-10层。3.根据权利要求1所述的一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，所述氮化硼层(2-1)、氮化硼层(2-3)为单层或多层，一般为1-10层。4.根据权利要求1所述的一种悬空二硫化钼柔性离子传感器，其特征在于，所述二硫化钼层(2-2)、氮化硼层(2-1)和氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11