本实用新型专利技术是关于一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置，该系统由四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置三部分构成。其中四点弯曲施力装置给硅纳米线传感阵列芯片施加均匀轴向应力（应变），该装置包括船型底座、底座滑轨槽、镜像放置的等高L型夹具、镜像放置的等高L型载荷支撑平台、螺母、垫片、螺纹连杆、顶部连杆、若干质量的砝码、托盘以及加载压头。通过间距可调的加载压头上的连杆往托盘上添加砝码对硅纳米线施加压力，通过微小阻值检测装置测出受压后桥路两端输出电压。本实用新型专利技术装置制作简单、体积小、成本低廉、功耗低，由于利用阵列式多点平均测量技术，因而它具有更高精度和更好的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术是关于一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置，该系统由四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置三部分构成。其中四点弯曲施力装置给硅纳米线传感阵列芯片施加均匀轴向应力（应变），该装置包括船型底座、底座滑轨槽、镜像放置的等高L型夹具、镜像放置的等高L型载荷支撑平台、螺母、垫片、螺纹连杆、顶部连杆、若干质量的砝码、托盘以及加载压头。通过间距可调的加载压头上的连杆往托盘上添加砝码对硅纳米线施加压力，通过微小阻值检测装置测出受压后桥路两端输出电压。本技术装置制作简单、体积小、成本低廉、功耗低，由于利用阵列式多点平均测量技术，因而它具有更高精度和更好的稳定性。【专利说明】硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置
本技术属于微纳机电系统
，具体涉及一种硅纳米传感阵列巨压阻系 数测量系统。
技术介绍
目前，随着微纳米加工和分析等技术的发展，研究发现半导体材料在微纳米尺度 下的尺寸效应、压阻效应、晶界效应等为其在力、热、光、电、磁等方面带来了独特性能，并由 此制造出功能强大、性能优越的微纳米级电子元器件，广泛应用于微纳电子机械系统的传 感器中，如压力传感器、加速度传感器及各种生化传感器。因此微纳米材料具有巨大的应用 前景。传统掺杂工艺的硅压敏电阻的电阻应变系数较小，随着传感器尺寸的变小，传统掺杂 工艺的压敏电阻已经不能满足现代高灵敏度测试的要求。硅纳米线作为一种新型的一维纳 米材料，一直未有较好的方法来对表征其压阻效应和力敏特性的重要参数--压阻系数进 行测量，极大地限制了硅纳米线传感结构的应用与开发。而硅纳米线传感结构能够具有巨 大的压阻系数，因此研究巨压阻系数对硅纳米线的实用化开发很有意义。目前利用原子力 显微镜（AFM)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜（TEM)测量压阻系数时，发现靠近硅纳米 线的两端处于拉伸状态，中间部分处于压缩状态，两个区域由于压阻效应产生的电阻变化 相互抵消，使得测量准确性大为下降，其次，该方法设备复杂、昂贵、体积大，对环境、温度、 湿度均有严格的要求，在使用上不便捷，测量时间长。 利用M0S沟道以及结型场效应管（JFET)沟道的压阻效应也可以实现压阻检测。但 是M0S沟道压阻检测的主要问题有三点。（1)M0S管是一种具有放大作用的晶体管，栅极 电压的微小变化会引起沟道阻抗的显著变化，因此抗干扰能力差。（2)为实现压阻检测需要 将M0S管连接成电桥，而M0S电桥存在负反馈，会造成压阻灵敏度的显著下降。理论计算表 明增强型M0S管电桥的灵敏度小于力敏电阻电桥的一半。（3)构件弯曲时，最大应力出现在 表面，随着深度的增加应力迅速下降。而M0S管结构特点决定了沟道无法制作在表面，造成 灵敏度下降。JFET沟道压阻结构也存在M0S沟道压阻结构类似的问题，即对栅极电压敏感 抗干扰能力差、存在负反馈会降低灵敏度等。
技术实现思路
本技术/技术针对现有技术的不足，本技术提出了一种硅纳米传感 阵列巨压阻系数测量系统，以达到简化巨压阻系数的检测装置和提高检测灵敏度和精度的 目的，本技术利用多路复用开关实现阵列式多点平均测量应变和阻值的技术，因而它 具有更高精度和更好的稳定性，使用便捷，缩短了测量时间。 为了达到以上目标，本技术提供了一种四点弯曲施力装置，包括船型底座、底 座滑轨槽、螺母、两个等高L型夹具、顶部连杆、两个等高L型载荷支撑平台、砝码、托盘和 加载压头，所述底座正表面标刻有刻度线，所述底座滑轨槽设置在所述底座的上端面；所述 等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心线对称设 置，并且所述等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所 述加载压头设置在所述等高L型载荷支撑平台的上部；所述螺母包括上部螺母，所述上部 螺母设置在所述托盘和加载压头之间，所述顶部连杆从上至下依次穿过所述砝码、托盘中 部、上部螺母和加载压头中部；所述托盘和加载压头的两侧端部分别抵靠在所述等高L型 夹具上。 进一步地，所述螺母还包括中部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷 支撑平台和等高L型夹具固定在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹 连杆，并与所述等高L型载荷支撑平台和等高L型夹具之间设置有垫片。 进一步地，还包括硅纳米线传感阵列芯片，所述等高L型载荷支撑平台的顶部分 别设置一个三角形尖头，所述硅纳米线传感阵列芯片放置在所述三角形尖头上；所述加载 压头的底部带有两个可拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述 等高L型载荷支撑平台的顶部，并以刻度线的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角形 尖头设置在所述加载压头和硅纳米线传感阵列芯片之间。 进一步地，包括四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置，其 中， 所述四点弯曲施力装置包括船型底座、底座滑轨槽、螺母、两个等高L型夹具、顶 部连杆、两个等高L型载荷支撑平台、砝码、托盘和加载压头，所述底座正表面标刻有刻度 线，所述底座滑轨槽设置在所述底座的上端面；所述等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台 分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心线对称设置，并且所述等高L型夹具和等高L型 载荷支撑平台能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所述加载压头设置在所述等高L型载荷 支撑平台的上部；所述螺母包括上部螺母，所述上部螺母设置在所述托盘和加载压头之间， 所述顶部连杆从上至下依次穿过所述砝码、托盘中部、上部螺母和加载压头中部；所述托盘 和加载压头的两侧端部分别抵靠在所述等高L型夹具上； 所述微小阻值检测装置包括惠斯通电桥和微弱信号采集系统，所述惠斯通电桥由 所述硅纳米线传感阵列中的任一硅纳米线和与所述硅纳米线阻值相同的三个精密电阻构 成；所述微弱信号采集系统包括前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转 换器和终端模块，所述前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转换器和液 晶显示模块顺次连接；所述微弱信号采集系统与所述惠斯通电桥的电压输出端相连接； 所述微小应变检测装置包括全桥式应变片，所述硅纳米线传感阵列芯片的正反面 的受力点位置各粘贴两片所述全桥式应变片，所述四片全桥式应变片构成四个应变全桥电 路；所述微弱信号采集系统与所述应变全桥电路的输出端相连接。 进一步地，所述螺母还包括中部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷 支撑平台和等高L型夹具固定在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹 连杆，并与所述等高L型载荷支撑平台和等高L型夹具之间设置有垫片。 进一步地，还包括硅纳米线传感阵列芯片，所述等高L型载荷支撑平台的顶部分 别设置一个三角形尖头，所述硅纳米线传感阵列芯片放置在所述三角形尖头上；所述加载 压头的底部带有两个可拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述 等高L型载荷支撑平台的顶部，并以刻度线的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角形 尖头设置在所述加载压头和硅纳米线传感阵列芯片之间。 进一步地，所述顶部连杆的连杆部分为螺纹状。 进一步地，所述惠斯通电桥本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四点弯曲施力装置，其特征在于，包括船型底座（1）、底座滑轨槽、螺母（3）、两个等高L型夹具（4）、顶部连杆（5）、两个等高L型载荷支撑平台（12）、砝码（6）、托盘（7）和加载压头（8），所述底座（1）正表面标刻有刻度线（2），所述底座滑轨槽设置在所述底座（1）的上端面；所述等高L型夹具（4）和等高L型载荷支撑平台（12）分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心线对称设置，并且所述等高L型夹具（4）和等高L型载荷支撑平台（12）能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所述加载压头（8）设置在所述等高L型载荷支撑平台（12）的上部；所述螺母（3）包括上部螺母，所述上部螺母设置在所述托盘（7）和加载压头（8）之间，所述顶部连杆（5）从上至下依次穿过所述砝码（6）、托盘（7）中部、上部螺母和加载压头（8）中部；所述托盘（7）和加载压头（8）的两侧端部分别抵靠在所述等高L型夹具（4）上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，杨敏，刘清惓，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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