一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，涉及一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器及其制备方法。所述SiC/ZnO纳米异质结压力传感器的制备方法包括以下步骤：(1)制备SiC/ZnO纳米异质结：将SiC纳米线分散于乙醇溶液中，取含有SiC纳米线的乙醇溶液滴在Si片上，自然晾干；然后将载有SiC纳米线的Si片面朝上放入原子层沉积系统，在惰性气氛中，以二乙基锌和水作为生长ZnO层的前驱体，在SiC纳米线表面生长ZnO层，从而获得SiC/ZnO纳米异质结；(2)压力传感器构建：将载有SiC/ZnO纳米异质结的Si片，在原子力显微镜导电模式下构建Pt/Ir‑SiC/ZnO‑Si压力传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器
，涉及一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器及其制备方法。
技术介绍
传感器技术是衡量现代化进程的关键技术之一，随着硅、微机械加工技术、超大集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展，使得压力传感器在生物医学和微型机械等领域有着广泛的应用前景。在众多传感器中，半导体压力传感器，因其优异性能而备受关注。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。到目前为止，对C纳米管、Si纳米材料、ZnO纳米结构、纳米石墨烯结构、SiC纳米结构和Si3N4纳米带等材料的压阻特性已有研究。特别是2006年，Si纳米线的压阻效应被首次报道，其拥有～5000的应变系数，压阻因子为其体材料的近50倍，在全球激起了半导体低维纳米材料压力传感器的研究热潮。进一步证明了以半导体低维纳米材料作为功能单元，有望获得性能优异的压力传感器。碳化硅(SiC)是当前最具发展潜力的第三代宽带隙半导体材料，具有宽带隙、高电子漂移速率、高热导率、高电子迁移率、较高击穿电压，以及优异的力学性能和化学稳定性，在用于高温、高频和高辐射等苛刻环境下的器件具有显著优势，是研发高灵敏高稳定高温压力传感器的理想材料。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SiC纳米薄膜拥有大约5.05×10-11Pa-1的压阻系数。单独SiC或者掺杂SiC的压阻系数仍然较小，无法满足更高精度器件的要求。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中的不足之处，旨在提供一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器及其制备方法，通过原子层沉积法在SiC纳米线表面沉积ZnO纳米层，实现了SiC/ZnO纳米异质结的制备，构建的压力传感器具有更高灵敏度。本专利技术的一个目的可通过下列技术方案来实现：一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器，所述压力传感器包括Si片基底、负载于Si片基底上的功能单元以及探针，所述功能单元为SiC/ZnO纳米异质结，所述探针尖端镀层为Pt/Ir。作为优选，所述SiC/ZnO纳米异质结包括SiC纳米线以及覆盖在SiC纳米线表面的ZnO纳米层。SiC纳米线表面覆盖ZnO纳米层，SiC纳米线压阻效应和ZnO纳米层压电效应的得到有效耦合。当探针针尖与ZnO纳米层的表面接触，应变产生，同时将在ZnO内部产生极化电荷，在ZnO纳米层内的底部和顶部表面分别产生的正、负压电极化电荷，从而会形成一个内置极化电场。因此，电流在正偏压下从SiC纳米线流到探针针尖，自由电子沿相反方向流过势垒。考虑到内置极化电场的电场方向与外加电场方向一致，ZnO纳米层内部的电子也将具有与外部电子相同的传输方向。因此，正偏压下SiC/ZnO纳米异质结的电流明显增加。此外，沉积的ZnO纳米层由于具有高的载流子迁移率而可以用作有效的电子传输通道，可以减少SiC纳米线和ZnO纳米层之间的载流子复合，并促进载流子迁移，并最终导致电流明显的增加。综上所述两方面的作用，SiC/ZnO纳米异质结可获得更高的电流，提高其压阻性能。作为优选，所述SiC纳米线直径为200-900nm，长度为5-30μm。作为优选，所述ZnO纳米层厚度为10-30nm。在SiC纳米线表面覆盖ZnO纳米层利用两种材料的协同作用，有利于提高SiC/ZnO纳米异质结的压阻系数，而覆盖在SiC纳米线表面的ZnO纳米层厚度选择非常重要，并非任意的ZnO纳米层覆盖厚度都能发挥两者的协同作用。当ZnO纳米层厚度为10-30nm范围内时，SiC/ZnO纳米异质结具有优于单独SiC纳米线的压阻系数，而ZnO纳米层厚度超出上述范围，SiC/ZnO纳米异质结的压阻系数反而不如SiC纳米线的。进一步优选，所述ZnO纳米层厚度为18-22nm。在此厚度范围内的ZnO纳米层使得SiC/ZnO纳米异质结具有更优的压阻效应。本专利技术的一个目的可通过下列技术方案来实现：上述SiC/ZnO纳米异质结压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备SiC/ZnO纳米异质结：将SiC纳米线分散于乙醇溶液中，取含有SiC纳米线的乙醇溶液滴在Si片上，自然晾干；然后将载有SiC纳米线的Si片面朝上放入原子层沉积系统，在惰性气氛中，以二乙基锌和水作为生长ZnO纳米层的前驱体，在SiC纳米线表面生长ZnO纳米层，从而获得SiC/ZnO纳米异质结；(2)压力传感器构建：将载有SiC/ZnO纳米异质结的Si片，在原子力显微镜导电模式下构建Pt/Ir-SiC/ZnO-Si压力传感器。本专利技术构造SiC/ZnO纳米异质结的SiC纳米线可以选自以下一种或多种：未掺杂SiC纳米线、N掺杂SiC纳米线、P掺杂SiC纳米线中的一种或多种。作为优选，本专利技术的SiC纳米线为N掺杂SiC纳米线，N掺杂SiC纳米线与ZnO纳米层之间产生的协同作用优于未掺杂SiC纳米线和ZnO纳米层的。作为优选，所述的N掺杂SiC纳米线中N的掺杂量为1-3at％。作为优选，所述N掺杂SiC纳米线的制备方法包括以下步骤：将聚硅氮烷热交联固化和粉碎后，放入石墨坩埚中；将负载有催化剂的碳纤维布衬底放置在石墨坩埚顶部；将石墨坩埚放置于气氛烧结炉中，气氛烧结炉先抽真空至1-5Pa，然后通入保护气氛，在保护气氛下烧结，得N掺杂SiC纳米线。所述聚硅氮烷热交联固化和粉碎步骤具体为：原料聚硅氮烷在N2或Ar气氛保护下于250-300℃下保温20-40min进行热交联固化，将固化得到的固体球磨粉碎成粉末。碳纤维布衬底负载的催化剂优选自以下一种或多种：硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、硫酸镍。进一步优选，所述催化剂为硝酸钴。将碳纤维布衬底浸入0.02-0.08mol/L的Co(NO3)2乙醇溶液中并自然风干，获得负载有Co(NO3)2的碳纤维布衬底。在制备N掺杂SiC纳米线的方法中，采用体积比为N2:Ar＝(2-6):(94-98)的保护气氛。先以20-30℃/min的速率从室温快速升温至1400-1500℃，然后以3-7℃/min升温速率继续升温至1550-1600℃，随后以15-25℃/min降温速率降温，最后炉冷至室温，获得N掺杂SiC纳米线。制备SiC/ZnO纳米异质结：N掺杂SiC纳米线生长在碳纤维布衬底上，制备SiC/ZnO纳米异质结时，先将制备的N掺杂SiC纳米线从碳纤维布衬底上刮下，分散到无水乙醇中，通过超声分散仪超声5min使其均匀分散。取含有SiC纳米线的乙醇溶液滴在Si片基底上，室温下自然晾干。然后将载有SiC纳米线的Si片面朝上放入原子层沉积系统，在惰性气氛中，以二乙基锌(DEZn)和水作为生长ZnO纳米层的前驱体，在SiC纳米线表面生长ZnO纳米层，从而获得SiC/ZnO纳米异质结。作为优选，所述惰性气氛为氮气或氩气。作为优选，原子层沉积系统的沉积温度为150-200℃。作为优选，SiC纳米线表面生长ZnO纳米层的速率为0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括Si片基底、负载于Si片基底上的功能单元以及探针，所述功能单元为SiC/ZnO纳米异质结，所述探针尖端镀层为Pt/Ir。/n

【技术特征摘要】
1.一种SiC/ZnO纳米异质结压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括Si片基底、负载于Si片基底上的功能单元以及探针，所述功能单元为SiC/ZnO纳米异质结，所述探针尖端镀层为Pt/Ir。


2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述SiC/ZnO纳米异质结包括SiC纳米线以及覆盖在SiC纳米线表面的ZnO纳米层。


3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述SiC纳米线直径为200-900nm，长度为5-30μm。


4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述ZnO纳米层厚度为10-30nm。


5.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述ZnO纳米层厚度为18-22nm。


6.如权利要求1所述的SiC/ZnO纳米异质结压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备SiC/ZnO纳米异质结：
将SiC纳米线分散于乙醇溶液中，取含有SiC纳米线的乙醇溶液滴在Si片上，自然晾干；
然后将载有SiC纳米线的Si片面朝上放入原子层沉积系统，在惰性气氛中，以二乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霖，吴杰，高凤梅，陈善亮，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