一种核壳异质结应力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳异质结应力传感器，包括柔性衬底，柔性衬底的表面设置n

【技术实现步骤摘要】
一种核壳异质结应力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器及其制法，具体为一种核壳异质结应力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]应力传感器由于其在健康监测、可穿戴设备、人工智能、软机器人等方面的多功能应用，近年来受到了广泛关注。根据工作原理的不同，应力传感器可分为以下几种：压电容式、压阻式、摩擦电式、光纤布拉格光栅和压电式。其中，以压电效应为基本原理的应力传感器发展迅速。氮化镓(GaN)作为典型的第三代半导体，具有带隙宽、导热系数高、电子饱和漂移速度快、载流子迁移率高、介电常数小、耐腐蚀、能在200℃以上环境下良好工作、长时间暴露在空气中保持自身稳定性等优点。更重要的是，由于GaN的非中心对称纤锌矿结构，使其具有较强的自发极化，使其成为研究压电效应和制作应力传感器件的理想材料。然而，GaN基应力传感器却鲜有报道。
[0003]与GaN薄膜或块体材料相比，一维GaN纳米带具有高的比表面积，量子限域等奇特的物理属性，将有助于提升应力传感器件的性能。然而，一维GaN纳米带存在组分单一、表面缺陷较多等问题，限制了一维GaN纳米带基应力传感器件性能的进一步提升。此外，现有应力传感器还存在暗电流大，需要外部供电，灵敏度低等问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种降低暗电流、实现器件自驱动的核壳异质结应力传感器，本专利技术的另一目的是提供一种制备简便、性能稳定的核壳异质结应力传感器的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种核壳异质结应力传感器，包括柔性衬底，柔性衬底的表面设置n
‑
GaN纳米带；n
‑
GaN纳米带的一端包裹p
‑
ZnTe壳层，另一端暴露；n
‑
GaN纳米带暴露的一端设置In电极作为负极，p
‑
ZnTe壳层上设置In电极作为正极。
[0006]进一步地，柔性衬底为PET衬底或PI衬底。
[0007]进一步地，n
‑
GaN纳米带的掺杂元素为Si，掺杂浓度为1*10
18
～1*10
19
cm
‑3，厚度为300～500nm，宽度为1～5μm，长度为200～1000μm。
[0008]进一步地，p
‑
ZnTe壳层为本征层，未故意掺杂，厚度为100～300nm。
[0009]进一步地，p
‑
ZnTe壳层的长度为100～500μm。
[0010]进一步地，In电极厚度为100～300nm，正极、负极的间距为50～200μm。
[0011]上述核壳异质结应力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一，采用电化学剥离法将n
‑
GaN纳米带从外延片上释放，得到独立的n
‑
GaN纳米带；
[0013]步骤二，将独立的n
‑
GaN纳米带转移至柔性衬底表面；
[0014]步骤三，采用PDMS层遮挡n
‑
GaN纳米带一端；
[0015]步骤四，采用磁控溅射法，在纳米带未遮挡端沉积p
‑
ZnTe壳层；
[0016]步骤五，去掉PDMS层遮挡，利用金属掩膜版，分别在n
‑
GaN纳米带暴露端和p
‑
ZnTe壳层上磁控溅射In电极，得到核壳异质结基应力传感器。
[0017]进一步地，步骤一中，电化学剥离法是将外延片放置在电解池阳极，铂片作为阴极，外加18～24V电压，电解液为0.2～0.4mol/L的草酸溶液，电化学剥离时间为5～15min，外延片具有条纹阵列图形，后续才能剥离下来GaN纳米带，条纹的宽度为1～5μm，条纹间的间隔与条纹宽度一致。
[0018]进一步地，步骤四中，磁控溅射法的本底压强3
×
10
‑4～5
×
10
‑4Pa，工作压强1～3Pa，氩气流量50～60sccm，功率50～80W，时间5～15min。本底压强越高，膜的质量越好；工作压强、氩气流量、功率越高，溅射速率越快，但膜的质量会受到影响，时间越长，溅射的膜越厚。
[0019]进一步地，步骤五中，磁控溅射In电极的本底压强3
×
10
‑4～5
×
10
‑4Pa，工作压强1～3Pa，氩气流量50～60sccm，功率40～60W，时间6～20min。
[0020]制备原理：引入p
‑
ZnTe壳层，有限钝化了内核表面，构建pn结，在降低暗电流的同时，实现器件的自驱动。此外，一维核壳结构的构建，增大结区面积，提升载流子的有效传输，进而提高应力传感器的灵敏度。
[0021]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0022]1、p
‑
ZnTe作为n
‑
GaN内核的外壳层，有效钝化了内核表面，降低了器件的暗电流，提升响应灵敏度，在0.4％的微小应变下，G因子高达280；
[0023]2.p
‑
ZnTe与n
‑
GaN形成pn异质结，使应力传感器具有自驱动性能，减少了外加供电电源的使用，拓展了应用场景；
[0024]3.p
‑
ZnTe和n
‑
GaN均具有物理化学性质稳定、高温稳定的特性，进一步提升了应力传感器极端环境使用的前景；
[0025]4.该制备方法价格低廉，绿色环保，成功率高，同时应力传感器件灵敏度高。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的制备流程图；
[0027]图2是本专利技术的扫描电镜图；
[0028]图3是本专利技术的能谱分析图；
[0029]图4是本专利技术的应力施加装置图；
[0030]图5是本专利技术的电流
‑
电压特性曲线图；
[0031]图6是本专利技术的应变系数
‑
应力特性曲线图；
[0032]图7是对比例的电流
‑
电压特性曲线图。
具体实施方式
[0033]以下各实施例中，外延片是由MOCVD生长的具有重掺杂GaN牺牲层结构的GaN晶圆片。具有条纹状阵列的外延片是利用行业公认的紫外光刻技术和ICP干法刻蚀技术构建。p
‑
ZnTe壳层为本征层，未故意掺杂。
[0034]实施例1
[0035]如图1，一种核壳异质结应力传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0036]S1、采用电化学剥离法，将具有条纹阵列图形的外延片，条纹的宽度为3μm，间隔与条纹宽度一致，放置在电解池的阳极，阴极为铂片，电解液为0.3mol/L的草酸溶液，在20V外加偏压下，反应10min，将n
‑
GaN纳米带2从外延片上释放，得到独立的n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：包括柔性衬底(1)，所述柔性衬底(1)的表面设置n
‑
GaN纳米带(2)；所述n
‑
GaN纳米带(2)的一端包裹p
‑
ZnTe壳层(4)，另一端暴露；所述n
‑
GaN纳米带(2)暴露的一端设置In电极(5)作为负极，所述p
‑
ZnTe壳层(4)上设置In电极(5)作为正极。2.根据权利要求1所述的一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：所述柔性衬底(1)为PET衬底或PI衬底。3.根据权利要求1所述的一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：所述n
‑
GaN纳米带(2)的掺杂元素为Si，掺杂浓度为1*10
18
～1*10
19
cm
‑3，厚度为300～500nm，宽度为1～5μm，长度为200～1000μm。4.根据权利要求1所述的一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：所述p
‑
ZnTe壳层(4)为本征层，未故意掺杂，厚度为100～300nm。5.根据权利要求1所述的一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：所述p
‑
ZnTe壳层的长度为100～500μm。6.根据权利要求1所述的一种核壳异质结应力传感器，其特征在于：所述In电极(5)厚度为100～300nm，所述正极、负极的间距为50～200μm。7.根据权利要求1～6任一所述的一种核壳异质结应力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用电化学剥离法将n
‑
GaN纳米带(2)从外延片上释放，得到独...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春祥，董建奇，石增良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：