一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器，其特征在于，悬浮二维材料及异质层的所用材料主要包括石墨烯（Graphene）、过渡金属硫化物（TMDC）、黑磷（BP）等高导电材料；悬浮高导电二维材料及异质层悬挂SiO<subgt;2</subgt;质量块作为弹簧‑质量块系统及跨导器结构使用；外在所施加的加速度（如沿Z轴方向）使悬挂质量块的悬浮二维材料及异质层形变与应变（如沿Z轴发生），使压阻的悬浮二维材料及异质层的电阻变化，从而可检测到所施加的加速度。大的悬挂的质量块、高压阻系数的二维材料及异质层的使用与六方氮化硼作为封装层大幅度提高器件的灵敏度、分辨率、检测极限与产率，避免了器件性能降解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加速度传感器领域领域，尤其涉及一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器及其制备方法。

技术介绍

1、微电子机械加速度传感器在众多领域展现其广泛应用，包括汽车工业、医疗设备、航空航天、工业控制、物联网、基于智能手机的消费电子学、可穿戴设备以及生物医疗植入等。微电子机械传感器，特别是加速度传感器，一直致力于追求更小的器件尺寸和更高的性能。一个典型的加速度传感器通常包含一个悬浮的质量块结构。当施加加速度时，该质量块会产生位移，进而导致加速度传感器的传感结构发生变化，如电阻或电容的变化。当前，典型的加速度传感器尺寸在数个平方毫米级别。然而，随着微电子机械传感器的进一步小型化，我们将能够实现更小的功能部件和封装，从而降低器件成本，这也是新兴应用领域如可穿戴电子学、生物医疗植入、纳米机器人和物联网所必需的。微电子机械加速度传感器不仅在各个领域发挥着重要作用，而且其小型化的发展趋势也为我们带来了更多的可能性。

2、然而，当前硅基微电子机械加速度传感器在减小尺寸时，存在灵敏度与分辨率大幅度下降的限制。此外，尺寸相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器，其特征在于，传感器的结构设计主要包括自上而下依次设置的石墨烯及高导电二维材料薄膜层、电极层、SiO2质量块以及高导电的Si衬底层，由二维薄膜与硅MEMS基底进行集成，同时高导电二维薄膜悬浮质量块，所述高导电的Si衬底层由单层硅晶圆制备而成，并在衬底层上设置有空腔，石墨烯、二硫化钼（MoS2）等高导电二维敏感薄膜在硅基底的作用下将质量块悬浮在空腔上方，且石墨烯、二硫化钼（MoS2）等高导电二维敏感薄膜实现自悬浮，质量块由硅晶圆氧化层SiO2制成，在加速度的作用下SiO2质量块导致二维敏感薄膜发生形变；发生形变的高...

【技术特征摘要】

1.一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器，其特征在于，传感器的结构设计主要包括自上而下依次设置的石墨烯及高导电二维材料薄膜层、电极层、sio2质量块以及高导电的si衬底层，由二维薄膜与硅mems基底进行集成，同时高导电二维薄膜悬浮质量块，所述高导电的si衬底层由单层硅晶圆制备而成，并在衬底层上设置有空腔，石墨烯、二硫化钼（mos2）等高导电二维敏感薄膜在硅基底的作用下将质量块悬浮在空腔上方，且石墨烯、二硫化钼（mos2）等高导电二维敏感薄膜实现自悬浮，质量块由硅晶圆氧化层sio2制成，在加速度的作用下sio2质量块导致二维敏感薄膜发生形变；发生形变的高导电二维敏感薄膜能够将加速度信号转换至其他可检测信号；当质量块受到加速度作用时，能够在空腔内沿着垂直于二维敏感薄膜平面的方向进行运动；所述的高导电二维敏感薄膜，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所述的一种基于石墨烯及高导电二维薄膜悬浮sio2质量块的跨导与电容加速度传感器，其特征在于：所述的电极层分为漏电极层和源电极层，所述的二维薄膜悬浮sio2质量块为可动上电极，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。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯及高导电二维薄膜悬浮sio2质量块的跨导与电容加速度传感器，其特征在于：所述的电极层为沉积的ti/au电极层，其中所述的二维薄膜悬浮sio2质量块作为电容的可动上电极，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。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯及高导电二维材料悬浮二氧化硅质量块的跨导及电容加速度传感器，其特征在于：所述悬浮高导电二维材料包括石墨烯（graphene）、过渡金属二硫属化物二硫化钼（mos2）、二硒化钨（wse2）、二硒化钼（mose2）、二硫化钨（ws2）、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）黑磷（bp）、硅烯、锗烯、二维金属纳米片（银纳米片（ag）、金纳米片（au））、过渡金属碳化物（mxene）；所属悬浮石墨烯薄膜及高导电二维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）、六方氮化硼（h-bn）/二硫化钼（mos2）、六方氮化硼（h-bn）/二硫化钨（ws2）、六方氮化硼（h-bn）/二硒化钼（mose2）、六方氮化硼（h-bn）/二硒化钨（wse2）、六方氮化硼（h-bn）/二硒化铂（ptse2）、六方氮化硼（h-bn）/二...

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