【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二维材料及传感器领域，尤其涉及一种悬浮二维薄膜的制备方法及其在纳机电气压传感器上的应用。
技术介绍
1、二维材料指电子仅可在两个维度的纳米尺度（1-100nm） 上自由运动（平面运动）的材料，如石墨烯、二硫化钼、氮化硼等。二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。二维材料超薄的厚度、优异而独特的机械与电学特性使其可以作为敏感薄膜应用于尺度极小的纳机电传感器。相比于传统敏感薄膜，二维材料具有更高的敏感性，并且能够在更加极端的环境如超低压环境、异常高温或低温环境发挥稳定的检测性能，其应用形式也多种多样，典型的应用形式包括但不限于各类传感器（如压力传感器、加速度传感器、湿度传感器、二氧化碳气体传感器等）、谐振器、麦克风等。纳机电传感器在各类应用场景中的一个长期发展目标是持续降低器件尺寸、提高器件性能及稳定性。一个典型的传感器由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，其中关键部分在于其敏感元件，敏感元件可以在待检测环境发生变化时产生相应的电阻、电容、谐振频率等变化，并将这一变化通过电路的形式输出。纳机电传感器的进一步小型化可以带来更小的功能部件、更微型的封装，最终降低器件成本。
2、二维材料应用于纳机电传感器，通常需要制备悬浮二维材料薄膜。然而，当前的悬浮二维材料及其器件制备方式工艺较为复杂，并且存在成品率低、良率较差的问题，无法进行大规模标准化生产。通常，二维材料生长后，为使其应用于纳机电传感器上（如气压传感器），还需要进行不同形状的空腔或通孔刻蚀和将二
3、本专利技术中所述悬浮二维材料薄膜及其器件的制备方法相比于传统方法，能够避免在二维材料转移过程中出现褶皱、折叠、断裂、局部破损等之类的形变，保证了二维材料转移集成的平整性与高质量，并且具有大面积生产的潜力，在二维材料的成品率与良率方面具有较大优势。另外，使用本方法生产的二维材料纳机电气压传感器具有更高的产率，进一步提升了传感器大规模制备的可能性。
4、现有技术中，smith等人（a. d. smith, f. niklaus, a. paussa et al., “electromechanicalpiezoresistivesensing in suspended graphene membranes,”nanoletters, vol. 13, no. 7, pp. 3237–3242,2013.）提出了一种石墨烯压阻式纳机电气压传感器的概念。该气压传感器包括硅衬底、电极和悬浮的石墨烯薄膜。通过pmma转移的方法，将石墨烯薄膜覆盖在刻蚀后的空腔上形成一个密闭的空腔。该传感器的工作原理是在器件探测到气压变化时，使石墨烯薄膜发生形变与应变，进而导致石墨烯的电阻发生变化。通过检测这种电阻变化，可以计算出外界气压的变化。
5、然而，这种气压传感器在压力测量过程中，可能会由于石墨烯薄膜接触的气体或水分影响其电阻，在测量中对检测结果造成干扰。
6、已公开的cn116358748a中（北京理工大学，一种悬浮二维材料压力传感器及其制备方法，2023年6月30日）提出了一种基于悬浮二维材料的压力传感器，这种制备方法创新地解决了二维材料难以大规模制备的瓶颈问题，并且能够显著提升该类型的压力传感器的灵敏度、分辨率与检测极限。
7、即使上述传感器结构具有较好的灵敏度和稳定性，也难以避免在制备过程中由于先刻蚀空腔再转移二维材料所导致的二维材料褶皱、折叠、破裂、局部破损等问题。
8、理论与实验表明二维材料如二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨、二硒化钼等过渡金属二硫属化物的压阻应变系数比石墨烯要高1到3个数量级，这表明基于这些二维材料的压阻纳机电传感器有潜力比基于石墨烯的压阻纳机电传感器的灵敏度要高1到3个数量级。
9、但是，这些二维材料的杨氏模量(机械强度）比石墨烯要低半个到1个数量级。六方氮化硼是二维绝缘体，拥有跟石墨烯相接近的杨氏模量与薄膜厚度，因此六方氮化硼非常适合作为石墨烯及其他二维材料的衬底与封装材料，可改善石墨烯及其他悬浮二维材料的机械稳定性，同时避免石墨烯及其他二维材料传感器因暴露于空气环境而导致性能降解。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种悬浮二维材料薄膜的新型制备方法及其在纳机电传感器上的应用。
2、本专利技术提及的制备方法在所涉及的气压传感器中，悬浮二维材料或悬浮二维异质层作为敏感薄膜使用。悬浮二维材料或二维异质层覆盖在氧化的硅基底的空腔上，电极与悬浮二维材料及异质层相连接，当外在气压发生变化（例如气压减小）时，悬浮二维材料或二维异质层会发生相应的形变（例如向空腔反方向形变），根据二维材料压阻效应，悬浮二维材料或二维异质层的电阻发生变化，检测相应的变化即可相应地检测到外在气压的变化。
3、进一步的，所述悬浮二维材料包括石墨烯（graphene）、六方氮化硼 (h-bn)、二硫化钼 (mos2)、二硒化钨 (wse2)、二硒化钼 mose2)、二硫化钨 (ws2)、二硒化铂（ptse2）、二碲化钼（mote2)、二碲化钨（wte2）、二硒化钒（vse2）、二硫化铬（crs2）、二硒化铬（crse2）、其他过渡金属二硫属化物（tmdc）、黑磷（p）、mxene。
4、进一步的，所述悬浮二维材料异质层包括六方氮化硼/石墨烯、六方氮化硼/二硫化钼、六方氮化硼/二硒化钨、六方氮化硼/二硒化钼、六方氮化硼/二硫化钨、六方氮化硼/二硒化铂、六方氮化硼/二碲化钼、六方氮化硼/二碲化钨、六方氮化硼/二硒化钒、六方氮化硼/二硫化铬、六方氮化硼/二硒化铬、六方氮化硼/mxene、石墨烯/二硫化钼、石墨烯/二硒化钨、石墨烯/二硒化钼、石墨烯/二硫化钨、石墨烯/二硒化铂、石墨烯/二碲化钼、石墨烯/二碲化钨、石墨烯/二硒化钒、石墨烯/二硫化铬、石墨烯/二硒化铬、石墨烯/mxene、六方氮化硼/石墨烯/二硫化钼、六方氮化硼/石墨烯/二硒化钨、六方氮化硼/石墨烯/二硒化钼、六方氮化硼/石墨烯/二硫化钨、六方氮化硼/石墨烯/二硒化铂、六方氮化硼/石墨烯/二碲化钼、六方氮化硼/石墨烯/二碲化钨、六方氮化硼/石墨烯/二硒化钒、六方氮化硼/石墨烯/二硫化铬、六方氮化硼/石墨烯/二硒化铬、六方氮化硼/石墨烯/mxene；所述悬浮二维材料异质层也包括石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼、二硒化钨、二硒化钼、二硫化钨、二硒化铂、二碲化钼、二碲化钨、二硒化钒、二硫化铬、二硒化铬、过渡金属二硫属化物、黑磷、mxene中任何两种及两种以上的二维材料之间的垂直堆叠排布构成的异质层。
5、进一步的，所述悬浮二维材料包括单个原子层、两个原子层、三个原子层、四个原本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种悬浮二维薄膜的制备方法，其特征在于，所述悬浮二维薄膜的制备方法是：悬浮二维薄膜以氧化的硅作为衬底，在硅衬底的正面制备电极后，先将二维材料（如石墨烯）及二维材料异质层与硅基底进行集成来提升二维材料的平整性与完整性，进而改善二维材料的质量，再从硅基底的背面进行硅层空腔刻蚀以及二氧化硅牺牲层刻蚀，进而释放二维材料，得到高质量的悬浮二维薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮二维薄膜的制备方法，其特征在于，所需二维材料包括石墨烯（graphene）、六方氮化硼 (h-BN)、二硫化钼 (MoS2)、二硒化钨 (WSe2)、二硒化钼(MoSe2)、二硫化钨 (WS2)、二硒化铂（PtSe2）、二碲化钼（MoTe2)、二碲化钨（WTe2）、二硒化钒（VSe2）、二硫化铬（CrS2）、二硒化铬（CrSe2）、过渡金属二硫属化物（TMDC）、黑磷（P）、MXene；所述悬浮二维材料异质层包括六方氮化硼/石墨烯、六方氮化硼/二硫化钼、六方氮化硼/二硒化钨、六方氮化硼/二硒化钼、六方氮化硼/二硫化钨、六方氮化硼/二硒化铂、六方氮化硼/二碲化钼、六方氮化硼/二碲化钨、六方氮化硼/二
3.根据权利要求1所述的一种悬浮二维薄膜的制备方法，其特征在于，所述悬浮二维薄膜的制备方法制备的二维薄膜作为纳机电气压传感器敏感薄膜使用。
4.根据权利要求3所述的基于悬浮二维薄膜的纳机电气压传感器，其特征在于所述纳机电气压传感器空腔的形状包括单个圆形、单个正方形、单个横向长方形、单个纵向长方形、单排圆形、单排正方形、单排横向长方形、单排纵向长方形、阵列圆形、阵列正方形、阵列横向长方形、阵列纵向长方形；
5.根据权利要求3所述的一种基于悬浮二维薄膜的纳机电气压传感器，其特征在于：在电极完成制备之后，首先将二维材料转移到器件表面来保证其平整性与完整性，再从背面进行刻蚀，释放二维材料，得到悬浮二维薄膜，最终完成器件制备。
6.根据权利要求3所述的一种基于悬浮二维薄膜的纳机电气压传感器，其特征在于：所述悬浮二维材料及二维材料异质层也包括其与金属、金属氧化物、有机聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯及氮化硅纳米薄层的复合。
...【技术特征摘要】
1.一种悬浮二维薄膜的制备方法，其特征在于，所述悬浮二维薄膜的制备方法是：悬浮二维薄膜以氧化的硅作为衬底，在硅衬底的正面制备电极后，先将二维材料（如石墨烯）及二维材料异质层与硅基底进行集成来提升二维材料的平整性与完整性，进而改善二维材料的质量，再从硅基底的背面进行硅层空腔刻蚀以及二氧化硅牺牲层刻蚀，进而释放二维材料，得到高质量的悬浮二维薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮二维薄膜的制备方法，其特征在于，所需二维材料包括石墨烯（graphene）、六方氮化硼 (h-bn)、二硫化钼 (mos2)、二硒化钨 (wse2)、二硒化钼(mose2)、二硫化钨 (ws2)、二硒化铂（ptse2）、二碲化钼（mote2)、二碲化钨（wte2）、二硒化钒（vse2）、二硫化铬（crs2）、二硒化铬（crse2）、过渡金属二硫属化物（tmdc）、黑磷（p）、mxene；所述悬浮二维材料异质层包括六方氮化硼/石墨烯、六方氮化硼/二硫化钼、六方氮化硼/二硒化钨、六方氮化硼/二硒化钼、六方氮化硼/二硫化钨、六方氮化硼/二硒化铂、六方氮化硼/二碲化钼、六方氮化硼/二碲化钨、六方氮化硼/二硒化钒、六方氮化硼/二硫化铬、六方氮化硼/二硒化铬、六方氮化硼/mxene、石墨烯/二硫化钼、石墨烯/二硒化钨、石墨烯/二硒化钼、石墨烯/二硫化钨、石墨烯/二硒化铂、石墨烯/二碲化钼、石墨烯/二碲化钨、石墨烯/二硒化钒、石墨烯/二硫化铬、石墨烯/二硒化铬、石墨烯/mxene、六方氮化硼/石墨烯/二硫化钼、六方氮化硼/石墨烯/二硒化钨、六方氮化硼/石墨烯/二硒化钼、六...
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