一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，包括原子力显微镜探针(含Pt/It镀层)、Si片和负载于Si片上的B掺杂SiC纳米线。其制备方法为：将有机前驱体进行预处理得到有机前躯体粉末，取有机前躯体粉末和氧化硼粉末为原料；将催化剂形成于柔性衬底上；然后将原料及柔性衬底一起置于气氛烧结炉中，经程序升温进行热解后再经程序降温生长，制备得到B掺杂SiC纳米线。然后将B掺杂SiC纳米线分散于溶剂中形成混合溶液，然后通过该混合溶液将B掺杂SiC纳米线负载于Si片上，制备成一种应变系数高、灵敏度高的B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压力传感器，尤其涉及一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，属于传感器

技术介绍
半导体压力传感器因其尺寸小、消耗低、灵敏度高等优异性能，在微电子机械系统研究中备受关注。随着科技的不断进步发展，人们对拥有大应变系数的高灵敏压力传感器需求日益迫切。目前，国内外的压力传感器多使用硅材料，但硅材料压力传感器难以在恶劣的环境下使用，特别是高温环境(＞250℃)。低维纳米材料因为其独特的形貌和结构，被认为拥有更大的压阻性能，引起了广泛的关注。目前，人们对C纳米棒、ZnO纳米结构、Si3N4纳米带等低维纳米材料的压阻性能做了深入研究。特别是2006年，美国首次报道了Si纳米线拥有大约5000的应变系数，其压阻因子高于其体材料近50倍。进一步证明了以半导体低维纳米材料作为功能单元，有望获得传统体材料无法比拟的高应变系数压阻特性。SiC是一种重要的第三代半导体材料，其低维纳米结构由于具有高的禁带宽度、高热导率和电子饱和迁移率等优越特性，在发光、场效应晶体管以及力电转换等光电、力电传感器领域具有独特的应用前景。目前，国内外大量的工作报道了SiC低维纳米结构的压阻特性，如Al掺杂SiC纳米线拥有大约79的应变系数，N掺杂SiC纳米线拥有大约46.2的应变系数，SiC纳米薄膜拥有大约30.3的应变系数。然而，对于B掺杂SiC纳米线压阻特性研究还没有被报道，
且拥有大的应变系数的原子掺杂SiC纳米结构更是鲜有文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种应变系数高、灵敏度高的B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，所述压力传感器包括原子力显微镜探针(含Pt/It镀层)、Si片和负载于Si片上的B掺杂SiC纳米线。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述B掺杂SiC纳米线为单晶结构。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述压力传感器的制备方法为：所述压力传感器的制备方法为：将B掺杂SiC纳米线分散于溶剂中形成混合溶液，然后通过该混合溶液将B掺杂SiC纳米线负载于Si片上，制备成压力传感器。本专利技术以B掺杂SiC纳米线作为压力传感器的功能单元，在原子力显微镜导电模式下制备成SiC纳米线压力传感器，通过探针施加不同压力，实现不同压力下的电信号检测。作为优选，所述溶剂为乙醇或去离子水。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述B掺杂SiC纳米线的制备方法为：将有机前驱体进行预处理得到有机前躯体粉末，取有机前躯体粉末和氧化硼粉末为原料；将催化剂形成于柔性衬底上；然后将原料及柔性衬底一起置于气氛烧结炉中，经程序升温进行热解后再经程序降温生长，制备得到B掺杂SiC纳米线。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述有机前躯体为含Si和C元素的有机前躯体，进一步优选聚硅氮烷。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述预处理包括热交联固化和研磨。作为优选，所述热交联固化在惰性气氛下于200-300℃下进行，保温15-50min。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，原料中有机前躯体粉末和氧化硼粉末的质量比为(3-10)：1。作为优选，所述柔性衬底为碳纤维布。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述催化剂为Co(NO3)2、Fe(NO3)3、FeCl3中的一种或多种。作为优选，所述催化剂溶于溶剂中形成溶液，催化剂的浓度为0.01-0.1mol/L。作为优选，所述气氛烧结炉中的热解气氛氩气，纯度为99.99％。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述程序升温为：先以25-35℃/min升温速率升温到1350-1450℃，然后以20-30℃/min升温速率继续升温至1450-1600℃。在上述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器中，所述程序降温为：先以10-15℃/min降温速率降温至1000-1200℃，然后随炉冷却至室温。本专利技术通过有机前躯体热解法，以碳纤维布为衬底，实现了B掺杂SiC纳米线的制备。该制备方法制备得到的B掺杂SiC纳米线为单晶结构，具有很高的应变系数，灵敏度很高。采用该B
掺杂SiC纳米线作为压力传感器的功能单元，所施加压力为B掺杂SiC纳米线径向压力，从而实现了大应变系数高灵敏高温压力传感器制备。与现有技术相比，本专利技术具有以下几个优点：1.本专利技术通过有机前躯体热解法，以碳纤维布为衬底，实现了应变系数高、灵敏度高的B掺杂SiC纳米线的制备。2.本专利技术采用应变系数高、灵敏度高的B掺杂SiC纳米线作为功能单元，实现了大应变系数高灵敏高温压力传感器的制备。3.本专利技术制备得到的压力传感器具有很高的应变系数，灵敏度很高。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线的扫面电镜(SEM)图、透射电镜(TEM)图、选区电子衍射(SAED)图及高分辨透射电镜(HRTEM)图；图2为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线的X射线衍射(XRD)图；图3为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线能谱(EDX)图；图4为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线压力传感器结构示意图；图5为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线压力传感器在不同压力作用下的电流-电阻(I-V)曲线图；图6为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线压力传感器在不同压力作用下的电阻变化曲线图；图7为本专利技术实施例1所制得的B掺杂SiC纳米线压力传感器在不同压力作用下的应变系数变化曲线图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，并结合附图说明对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1：初始原料选取聚硅氮烷，在Ar气氛保护下于260℃保温30min进行热交联固化。将固化得到的固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末。称取300mg的聚硅氮烷和60mg的氧化硼粉末均匀混合后置于石墨坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其沉浸在含有0.05mol/L的Co(NO3)2乙醇溶液中，5min后取出自然晾干。将处理后的碳纤维布置于石墨坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至10-4Pa，再充入纯度为99.99％的Ar气，直至压力为一个大气压(～0.11Mpa)，此后压力恒定。先以30℃/min的速率从室温快速升温至1400℃，然后以25℃/min升温速率继续升温至1500℃，随后以13℃/min降温速率降温至1100℃，最后炉冷至室温，制备得到B掺杂SiC纳米线。将实施例1制备得到的B掺杂SiC纳米线从气氛炉取出，进行测试，测试结果如图所示。图1(a)为制备的B掺杂SiC纳米线SEM图，表明制备的B掺杂SiC纳米线长约几十微米，表面光滑。图1(b)为其TEM图，表明制备的B掺杂SiC纳米线直径大约为540nm。图1(c)为其选区电子衍射(SAED)，表明B掺杂SiC纳米线沿[111]方向生长，拥有上表面，且为单晶结构。图1(d)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括原子力显微镜探针(含Pt/It镀层)、Si片和负载于Si片上的B掺杂SiC纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括原子力显微镜探针(含Pt/It镀层)、Si片和负载于Si片上的B掺杂SiC纳米线。2.根据权利要求1所述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，其特征在于，所述B掺杂SiC纳米线为单晶结构。3.根据权利要求1或2所述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，其特征在于，所述压力传感器的制备方法为：将B掺杂SiC纳米线分散于溶剂中形成混合溶液，然后通过该混合溶液将B掺杂SiC纳米线负载于Si片上，制备成压力传感器。4.根据权利要求3所述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器，其特征在于，所述B掺杂SiC纳米线的制备方法为：将有机前驱体进行预处理得到有机前躯体粉末，取有机前躯体粉末和氧化硼粉末为原料；将催化剂形成于柔性衬底上；然后将原料及柔性衬底一起置于气氛烧结炉中，经程序升温进行热解后再经程序降温生长，制备得到B掺杂SiC纳米线。5.根据权利要求4所述的一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凤梅，李笑笑，陈善亮，王霖，尚明辉，杨为佑，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33