一种基于二维薄膜的加速度传感器及其制备方法技术

一种基于二维薄膜的加速度传感器，由二维薄膜与硅MEMS基底进行集成，同时二维薄膜悬浮Si/SiO<subgt;2</subgt;质量块，该器件由两层晶圆键合而成，上层晶圆设置有空腔，空腔上方设置有以硅支撑框架支撑的二维敏感薄膜，二维敏感薄膜下方悬浮Si/SiO<subgt;2</subgt;质量块，下层晶圆设置有与上层晶圆的空腔相通的通孔空腔，在加速度的作用下Si/SiO<subgt;2</subgt;质量块导致二维敏感薄膜发生形变；发生形变的二维敏感薄膜能够将加速度信号转换至其他可检测信号；如通过检测谐振频率的变化或通过电极将二维敏感薄膜与电路进行连接，构成压阻式加速度传感器。在保证性能良好的前提下，进一步缩小MEMS加速度传感器芯片的尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于加速度传感器设计和制造领域，具体涉及新型加速度传感器敏感材料、敏感结构及其制备方法。

技术介绍

1、mems加速度传感器是一种利用微纳加工技术所制造的可将加速度信号转换为其他可检测信号的小型器件。相比于其他加速度传感器，mems加速度传感器具有小型化、低成本、便捷性等优点。根据检测原理mems加速度传感器可分为：压阻式、电容式、谐振式等多种。目前，传统mems加速度传感器一般基于硅材料，但是由于硅材料自身物理性质的限制，导致硅基加速度传感器存在小型化与高性能难以兼顾的技术问题。并且随着人们对加速度传感器的要求不断提高，该问题也变得越来越突出。因此，发展新型加速度传感器意义重大。

2、以石墨烯为代表的新型二维材料，具有良好的机电性能。尤其是石墨烯材料，其杨氏模量可达1tpa，断裂强度为130gpa，应变能够达到25%，并且具备压阻效应，其压阻应变系数值（gf）通常报道为2~6。石墨烯具有原子层厚度，使其在受到力的作用下能够发生较大的形变，从而使基于石墨烯的加速度传感器具备高灵敏度特性。同时由于石墨烯所具备的化学稳定性，使得石墨烯能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于二维薄膜的加速度传感器，其特征在于，由二维薄膜与硅MEMS基底进行集成，同时二维薄膜悬浮Si/SiO2质量块，该器件由两层晶圆键合而成，上层晶圆设置有空腔，空腔上边沿处设置有硅支撑框架，空腔上方设置有以硅支撑框架支撑的二维敏感薄膜，二维敏感薄膜下方悬浮Si/SiO2质量块，下层晶圆设置有通孔空腔，所述通孔空腔与上层晶圆的空腔相通，在加速度的作用下Si/SiO2质量块导致二维敏感薄膜发生形变；发生形变的二维敏感薄膜能够将加速度信号转换至其他可检测信号；空腔以及通孔空腔使得当Si/SiO2质量块受到加速度作用时，能够沿着垂直于硅支撑框架平面的方向进行运动；所述的二维敏感薄膜，可以...

【技术特征摘要】

1.一种基于二维薄膜的加速度传感器，其特征在于，由二维薄膜与硅mems基底进行集成，同时二维薄膜悬浮si/sio2质量块，该器件由两层晶圆键合而成，上层晶圆设置有空腔，空腔上边沿处设置有硅支撑框架，空腔上方设置有以硅支撑框架支撑的二维敏感薄膜，二维敏感薄膜下方悬浮si/sio2质量块，下层晶圆设置有通孔空腔，所述通孔空腔与上层晶圆的空腔相通，在加速度的作用下si/sio2质量块导致二维敏感薄膜发生形变；发生形变的二维敏感薄膜能够将加速度信号转换至其他可检测信号；空腔以及通孔空腔使得当si/sio2质量块受到加速度作用时，能够沿着垂直于硅支撑框架平面的方向进行运动；所述的二维敏感薄膜，可以是石墨烯、过渡金属硫化物（tmdc）材料、石墨烯/tmdc异质层等二维薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维薄膜的加速度传感器，其特征在于：当外在加速度作用于悬浮在二维薄膜的质量块时，通过连接外设的谐振频率检测设备（如：激光多普勒测振仪），检测二维薄膜悬浮质量块敏感结构谐振频率的偏移，构成谐振式加速度传感器，当器件受到加速度作用时，二维敏感薄膜发生形变，导致二维敏感薄膜的应力变化，使得二维敏感薄膜的谐振频率发生变化，通过检测谐振频率的变化，便可实现对加速度的检测。

3.根据权利要求1所述的一种基于二维薄膜的加速度传感器，其特征在于：通过电极将二维敏感薄膜与电路进行连接，构成压阻式加速度传感器，当器件受到加速度作用时，二维敏感薄膜发生形变，由于二维材料具有压阻效应，使得二维敏感薄膜的电阻发生变化，通过电极对二维敏感薄膜施加恒定电流或将二维敏感薄膜放入惠斯通电桥等电路结构中可将二维敏感薄膜的电阻变化转化为电压变化，以便于采集信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于二维薄膜的加速度传感器，其特征在于：所述二维敏感薄膜的材料种类包括石墨烯（graphene）、二硫化钼（mos2）、二硫化钨（ws2）、二硒化钼（mose2）、二硒化钨（wse2）、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）、其他过渡金属硫化物（tmdc）、黑磷（p）、mxene、六方氮化硼（h-bn）；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/tmdc、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/tmdc、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：范绪阁，丁洁，高强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：