气压传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了气压传感器及制备方法，其中气压传感器包括高阻衬底；形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，源极电极以及漏极电极限定于高阻衬底同一侧，栅极电极限定于高阻衬底上与源极电极同一侧或栅极电极限定于高阻衬底上相对于源极电极的另一侧；设置到源极电极和漏极电极的石墨烯薄层结构；高阻衬底与石墨烯薄层结构之间形成有腔室。本发明专利技术的气压传感器充分利用石墨烯谐振器的优良特性，实现气压的高精度测量。实现气压的高精度测量。实现气压的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
气压传感器及制备方法


[0001]本专利技术是关于气压敏感设备技术，特别是关于一种气压传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]气压传感器的测量原理主要是由敏感元件和转换元件组成，敏感元件通过感知外界气压的变化，通过转换元件转换为电信号读取。某些气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时，单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化。这些膜盒体积大、灵敏度低。
[0003]石墨烯是一种从石墨材料表面剥离出碳原子单层的二维材料。石墨烯具有优异的电学性能和力学性能。电子传输性能是石墨烯最重要的性能之一，其内部载流子浓度高达10
13
cm
‑2；具有非常高的电子迁移率，而且几乎不受温度影响。石墨烯还是已知强度最高的材料之一，具有很好的韧性，可以弯曲，理论杨氏模量达1.0TPa。这些特性使得石墨烯成为微纳机电系统的优良材料，基于石墨烯的微纳机电系统也为传感器领域提供了新的思路。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种气压传感器、制备方法及其应用，其能够充分利用石墨烯谐振器的优良特性，实现气压的高精度测量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了气压传感器，包括敏感结构，敏感结构包括高阻衬底；形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，源极电极以及漏极电极限定于高阻衬底同一侧，栅极电极限定于高阻衬底上与源极电极同一侧或栅极电极限定于高阻衬底上相对于源极电极的另一侧；设置到源极电极和漏极电极的石墨烯薄层结构；高阻衬底与石墨烯薄层结构之间形成有腔室(该腔室即为谐振腔)。特别地，高阻衬底、源极电极、漏极电极限定区域与石墨烯薄层结构之间形成有腔室。
[0007]在本专利技术的一个或多个实施方式中，气压传感器，包括基体；形成于基体上的高阻衬底；形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，栅极电极形成于源极电极以及漏极电极限定的范围内；设置到源极电极和漏极电极的石墨烯薄层结构，石墨烯薄层结构远离栅极电极；高阻衬底、源极电极、漏极电极以及栅极电极限定区域与石墨烯薄层结构之间形成有腔室。
[0008]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高阻衬底表面形成有凹槽以及位于凹槽周围的平台。
[0009]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高阻衬底的平台上形成有源极电极和漏极电极，凹槽内形成有栅极。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施方式中，源极电极和/或漏极电极和/或栅极电极为至少一层(这里的层包括而不限于膜、网、框等结构，整体可以为折弯平直或者弧形或者波纹
性等形态)导电结构。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，源极电极和/或漏极电极和/或栅极电极包括两层金属层，其中底层用于将上层结合到高阻衬底。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，底层为包含铬、钛中至少一种的金属层。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，上层为包含金的金属层。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高阻衬底为氧化硅衬底。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，栅极电极限定于高阻衬底上相对于源极电极的另一侧时，其为半导体结构。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，如前述气压传感器的制备方法，包括对形成于基体上的高阻衬底依据设计进行光刻；在光刻后的高阻衬底上形成源极电极、漏极电极、栅极电极；向源极电极、漏极电极转移形成悬浮形态的石墨烯薄层结构。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，如前述的气压传感器，在气传导压力敏感设备中的应用。气传导压力敏感设备包括而不限于航空领域中的小型无人机的气压计、电子领域中的微型麦克风和仿生飞行器等。
[0018]与现有技术相比，根据本专利技术实施方式的气压传感器能够应用于气压传感器，通过石墨烯底部下的栅极施加电压，使石墨烯产生振动，石墨烯薄膜的周期性振动会使石墨烯与栅极之间的形成的平行板电容器电容发生周期性变化，通过分析石墨烯两端的源极和漏极之间的电学信号能够读取此时石墨烯的谐振频率，当外界气压发生变化时，石墨烯的谐振频率必将发生变化，利用这种变化关系可以将石墨烯谐振器应用到传感器领域，有望研制出高精度的气压传感器。
附图说明
[0019]图1为根据本专利技术一实施方式的气压一种传感器的石墨烯谐振器结构(敏感结构，下同)示意图；
[0020]图2为根据本专利技术一实施方式的气压传感器的石墨烯测量石墨烯振动工作原理示意图；
[0021]图3为根据本专利技术一实施方式的气压传感器的石墨烯谐振器工艺流程框图；
[0022]图4为根据本专利技术一实施方式的气压又一种传感器的石墨烯谐振器结构示意图；
[0023]图5为根据本专利技术一实施方式的气压又一种传感器的石墨烯谐振器结构示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0025]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0026]如图1至图3所示，根据本专利技术优选实施方式的气压传感器，可以设置有高阻衬底，形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，以及与栅极相对设置的悬浮形态的石墨烯薄层结构。
[0027]当然气压传感器也可以设置有基体，在基体上高阻衬底，形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，以及与栅极相对设置的悬浮形态的石墨烯薄层结构。
[0028]基体可以选择半导体材质的，如采用单晶硅、多晶硅、带状硅等，在本方案中可以作为承载基质，如图1
‑
2所示的情形；也可以作为栅极，如图4
‑
5所示的情形。
[0029]高阻衬底形成于基体上，以使传感器的寄生电容获得削弱，从而获得良好的工作性能。
[0030]在形成高阻衬底后，可以通过光刻和金属沉积的形式形成有效的空腔结构和电极结构，并在转移获得石墨烯后从而形成了本专利技术传感器的石墨烯谐振结构，而满足传感器对压力传导的需求，可以采用包括而不限于图3所示的方法进行。
[0031]如图1所示，为石墨烯谐振器结构示意图，包括硅衬底1，二氧化硅层2，栅极电极3，源极电极41、漏极电极42，石墨烯薄层5。石墨烯谐振器的制备过程包括准备一个衬底硅上有一层厚度为500nm的氧化硅层2的硅片；利用干法刻蚀或湿法刻蚀技术将栅极电极3所在的沟槽刻蚀出来，刻蚀深度为100
‑
200nm，宽度为2
‑
3μm。栅极电极3和源极电极41、漏极电极42均可以通过光刻和金属沉积实现。金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气压传感器，包括敏感结构，其特征在于，所述敏感结构包括高阻衬底；形成于高阻衬底上的源极电极、漏极电极和栅极电极，所述源极电极以及漏极电极限定于高阻衬底同一侧，所述栅极电极限定于高阻衬底上与源极电极同一侧或栅极电极限定于高阻衬底上相对于源极电极的另一侧；设置到源极电极和漏极电极的石墨烯薄层结构；所述高阻衬底与石墨烯薄层结构之间形成有腔室。2.如权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述高阻衬底表面形成有凹槽以及位于凹槽周围的平台。3.如权利要求2所述的气压传感器，其特征在于，所述高阻衬底的平台上形成有源极电极和漏极电极，凹槽内形成有栅极。4.如权利要求1或3所述的气压传感器，其特征在于，所述源极电极和/或漏极电极和/或栅极电极为至少一层导电结构。5.如权利要求4所述的气压传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，程传同，
申请(专利权)人：苏州微光电子融合技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：