【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳传感器制造领域，具体涉及一种石墨烯悬浮质量块的加速度传感器及其制备方法。
技术介绍
1、在过去的几十年中，加速度传感器一直是科技和工业领域中的重要工具。nems加速度传感器具有体积小、成本低、功耗小、稳定性好等优点，广泛应用于军事、医疗、汽车和工业控制领域的加速度、振动、冲击和倾角等测试，是小型化惯性测量单元的核心组件。近几十年来，硅基加速度传感器得到了广泛的制造与应用，然而，现有的加速度传感器仍存在一些技术难题，如体积大、灵敏度较低和信噪比不足等。因此，研究人员一直在寻求新的材料和技术来改进加速度传感器的性能。
2、近年来，石墨烯作为一种新兴材料，引起了广泛关注。石墨烯具有许多独特的性质，如高导电性、高可伸缩性和超薄结构等，成为了一种应用于微纳机电传感器的理想材料，已经在纳机电谐振器、压力传感器等器件领域得到概念验证。针对当前加速度传感器存在的小型化与高性能难以兼顾的难题，利用石墨烯优异而独特的机械与电学特性，基于石墨烯薄膜的小型化、高灵敏压阻式纳机电加速度传感器的原型器件已被概念验证。在这种基于石墨烯的加速度传感器中，石墨烯薄膜作为传感器的敏感结构薄膜，由于石墨烯的压阻效应，石墨烯薄膜在受力时产生变化的电阻，利用这种电阻的变化，研究人员可以测量加速度的大小。此外，石墨烯的制备和集成技术也得到了重要的进展，例如机械剥离法、化学气相沉积法等。这些技术为基于石墨烯的加速度传感器的制造提供了工艺支持。
3、采用石墨烯薄膜作为加速度传感器的敏感结构，并利用先进的微纳制备技术，能够显著减小传感器
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种进一步提高加速度传感器的灵敏度、分辨率与精度等性能，同时为了进一步提高器件的产率的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器及其制备方法，其传感机理为电容式和跨导式。
2、本专利技术以如下技术方案实现：本专利技术所述的加速度传感器，其结构包括自上而下依次设置的石墨烯薄膜层、电极层、si/sio2质量块、sio2绝缘层、中间键合层以及高导电的si衬底层。所述的加速度传感器包括两种加速度传感器结构，一种是电容式石墨烯悬浮质量块加速度传感器，另一种是跨导式石墨烯悬浮质量块加速度传感器。电容式加速度传感器结构包括作为电容的上极板的石墨烯薄膜层、沉积的ti/au电极层、si/sio2质量块、sio2绝缘层、中间键合层以及作为电容的下极板的高导电的si衬底层。跨导式加速度传感器结构包括石墨烯薄膜层、漏电极层、源电极层、si/sio2质量块、sio2绝缘层、中间键合层以及作为门电极的高导电的si衬底层。
3、对于电容式加速度传感器，石墨烯薄膜层作为电容的上极板，高导电si衬底层作为电容的下极板，当加速度传感器运动时，石墨烯薄膜会发生上下的偏移，从而导致上下极板间的电容发生变化，通过检测电容的变化即可计算出当前加速度的大小。
4、对于跨导式加速度传感器，其基本原理是利用石墨烯薄膜作为跨导层，当加速度传感器运动时，悬浮的石墨烯薄膜会发生上下的偏移，从而导致石墨烯薄膜与其底部的门电极之间的距离发生变化，从而改变了石墨烯层中的电荷浓度，进而改变石墨烯薄膜的电流大小，通过检测石墨烯薄膜的电流大小，即可计算出传感器的加速度大小。本专利技术的加速度传感器具有高灵敏度、快速响应和低功耗等优点。
5、所述的悬浮石墨烯薄膜为单原子层、双原子层、三个原子层、四个原子层、五个原子层、六个原子层、七个原子层、八个原子层、九个原子层、十个原子层及更厚的石墨烯薄膜（0-200nm）。所属悬浮石墨烯薄膜还包括石墨烯与其他二维薄膜的异质层，包括石墨烯/二硫化钼（mos2）、石墨烯/二硫化钨（ws2）、石墨烯/二硒化钼（mose2）、石墨烯/二硒化钨（wse2）、石墨烯/二硒化铂（ptse2）、石墨烯/二碲化钼（mote2）、石墨烯/二碲化钨（wte2）、石墨烯/二硒化钒（vse2）、石墨烯/二硫化铬（crs2）、石墨烯/二硒化铬（crse2）、石墨烯/其他过渡金属硫化物（tmdc）、石墨烯/黑磷（p）、石墨烯/mxene、石墨烯/六方氮化硼（h-bn）。所属悬浮石墨烯薄膜也包括石墨烯与其他纳米薄层的复合，包括石墨烯与金属（如金、银、铜、铝）、金属氧化物（如三氧化二铝）、有机聚合物（如聚二甲基硅氧烷（pdms）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚（双酚a）碳酸酯（pc））的复合。石墨烯的来源包括化学气相沉积合成、机械剥离、液相剥离、外延生长、还原氧化。
6、本专利技术基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器的制备方法，包括以下步骤：
7、（1）步骤1：
8、清洗硅晶圆，将硅晶圆放入一定浓度的清洗液中进行清洗，以去除表面的杂质和污染物。
9、（2）步骤2：
10、进行热处理，将清洗后的硅晶圆放入热处理炉中，在高温和特定环境中进行热处理，在热处理完成后，将硅晶圆取出，并用蒸馏水冷却。这一步有助于去除表面的氧化层。
11、（3）步骤3：
12、进行热氧化，将硅晶圆放入热处理炉中，将氧气或氧气和水蒸气的混合气体通入炉腔，使硅表面与氧气反应，从而形成一层硅的二氧化物薄膜。
13、（4）步骤4：
14、对二氧化硅进行刻蚀，首先进行涂覆光刻胶，在硅基片表面旋涂一层光刻胶，然后使用紫外光（uv）曝光，将图案映射在光刻胶上。将光刻胶显影，曝光的部分会溶解在显影剂中。接下来进行刻蚀，将硅片放入刻蚀槽中，使用适当的刻蚀溶液（氢氟酸）进行刻蚀，同时控制刻蚀时间和溶液浓度，以达到要求的刻蚀厚度。接着去除掉光刻胶。
15、（5）步骤5：
16、进行电极的制备，将经过清洗处理的基片放入真空镀膜机中，选择蒸发材料钛（ti）和金（au）的靶材。根据需要的膜层厚度，设置真空度和蒸发功率等参数。通过真空镀膜，先在基片表面沉积一层ti薄膜，再沉积一层au薄膜。蒸发完毕后，待基片冷却至常温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器的制备方法，其特征在于：采用如下工艺实现：
2.一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的加速度传感器，其结构包括自上而下依次设置的石墨烯薄膜层、电极层、Si/SiO2质量块、SiO2绝缘层、中间键合层以及高导电的Si衬底层。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的电极层分为漏电极层和源电极层，所述的高导电的Si衬底层作为门电极，构成跨导式加速度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的电极层为沉积的Ti/Au电极层，其中所述的石墨烯薄膜层作为电容的上极板，所述的高导电的Si衬底层作为电容的下极板，构成电容式加速度传感器。
5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的悬浮石墨烯薄膜为单原子层、双原子层、三个原子层、四个原子层、五个原子层、六个原子层、七个原子层、八个原子层、九个原子层、十个原子层及更厚的石墨烯薄膜（0-200nm）；所属悬浮石墨烯
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器的制备方法，其特征在于：石墨烯的转移方法包括湿法转移，即用PMMA作为支撑层的转移法和无支撑层转移法、静电力转移法、鼓泡转移法即电化学反应转移法和非电化学鼓泡辅助转移法、热释放胶带法、聚二甲基硅氧烷（PDMS）印记法和干法转移即卷对卷转移法和金属辅助剥离法。
7.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述悬浮的石墨烯膜的形状包括四周全覆盖住空腔与质量块的薄膜、部分覆盖住空腔与质量块的条带；所述石墨烯的宽度为100纳米到2毫米；所悬挂的质量块的形状包括正方形、长方体、圆柱体、六方体；所悬挂的质量块的边长尺寸包括从纳米级别（100nm）到毫米级别（1mm）；所悬挂质量块的高度尺寸包括从纳米级别（100nm）到毫米级别（1mm）；所述悬挂质量块位于石墨烯下方，所悬挂质量块的数量至少为1个。
8.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：上层硅片的厚度为1~500，下层硅片的厚度为1~500，所述悬挂在石墨烯的质量块的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、有机聚合物(如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚（双酚A）碳酸酯、苯并环丁烯）、光刻胶（如SU-8)、金属（如金、银、铜、铝），所述的电极材料包括金、银、铜、铝、钛及它们的复合物。
...【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器的制备方法，其特征在于：采用如下工艺实现：
2.一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的加速度传感器，其结构包括自上而下依次设置的石墨烯薄膜层、电极层、si/sio2质量块、sio2绝缘层、中间键合层以及高导电的si衬底层。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的电极层分为漏电极层和源电极层，所述的高导电的si衬底层作为门电极，构成跨导式加速度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的电极层为沉积的ti/au电极层，其中所述的石墨烯薄膜层作为电容的上极板，所述的高导电的si衬底层作为电容的下极板，构成电容式加速度传感器。
5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯悬浮质量块的加速度传感器，其特征在于：所述的悬浮石墨烯薄膜为单原子层、双原子层、三个原子层、四个原子层、五个原子层、六个原子层、七个原子层、八个原子层、九个原子层、十个原子层及更厚的石墨烯薄膜（0-200nm）；所属悬浮石墨烯薄膜还包括石墨烯与其他二维薄膜的异质层，包括石墨烯/二硫化钼（mos2）、石墨烯/二硫化钨（ws2）、石墨烯/二硒化钼（mose2）、石墨烯/二硒化钨（wse2）、石墨烯/二硒化铂（ptse2）、石墨烯/二碲化钼（mote2）、石墨烯/二碲化钨（wte2）、石墨烯/二硒化钒（vse2）、石墨烯/二硫化铬（crs2）、石墨烯/二硒化铬（crse2）、石墨烯/其他过渡金属硫化物（tmdc）、石墨烯/黑磷（p）、石墨烯/mxene、石墨烯/六方氮化硼（h-bn）；所属悬浮石墨烯薄膜也包括石...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。