[实用新型]一种基于石墨烯压阻效应的压力传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于石墨烯压阻效应的压力传感器，包括高阻硅衬底，高阻硅衬底上方设有二氧化硅氧化层，二氧化硅氧化层中部刻蚀正三棱柱空腔，空腔上覆盖三角形石墨烯薄膜，石墨烯薄膜层数为1到3层，在正三棱柱顶面边长两端点处刻蚀金属电极。当石墨烯薄膜受到应力或薄膜内外有气压差时，石墨烯发生形变，根据石墨烯压阻效应，电阻发生变化，通过检测石墨烯电阻，从而实现压力或气压差的检测。该系统结构新颖，可应用于山体缝隙等体积较小的复杂环境，测量幅度范围大，具有较高稳定性和极高灵敏度，尺寸小，易于集成，适用范围广。

技术领域

本实用新型涉及微电子机械系统技术领域，具体涉及一种基于石墨烯压阻效应的高灵敏压力传感器。

背景技术

在纳机电技术研究中，微弱压力的改变是各设备或系统间相互协作和构建联系的重要媒介及环境发生改变的重要参考对象。在自然灾害预测、触屏设计等涉及微弱压力检测及医学、生物等纳米领域，对于微弱压力的准确检测是最重要的组成部分。传统的压力传感器是硅阻型、陶瓷型压力传感器，但由于材料限制，已有的压力传感器不再能满足需求。

传统的硅阻型压力传感器如圆形硅薄膜微机电压力传感器(专利号201010501581.9)，利用P型掺杂硅膜的电阻率随压力变化而发生变化的原理进行压力传感；硅的电子迁移率仅为1400cm²/(V·s)，导致硅阻式压力传感器的灵敏度有限，不适用于检测精度要求较高的环境，并且由于硅薄膜等材料由于硅的物理性能有限，灵敏度有限，随时间老化，零点漂移和迟滞增大现象明显。石墨烯的电子迁移率均在150000cm²/(V·s)且不随温度改变，一种基于石墨烯压阻效应的压阻式压力传感器的提出，能提高压力传感器灵敏度和稳定性，突破传统压力传感器的灵敏度极限。传统陶瓷压力传感器，如陶瓷电阻式压力传感器(专利号：201210278152.9)，利用陶瓷膜片在受力发生小挠度形变时，电阻与压力近似成线性函数关系进行压力传感。但由于陶瓷的薄膜的尺寸较大，无法在生物、医学等纳米领域进行普及，由于单层石墨烯薄膜厚度仅为0.335nm，一种基于石墨烯压阻效应的压力传感器的提出，可以将压力传感器缩至微型尺寸，可应用于要求极高的纳米领域。制成的石墨烯压力传感器较传统传感器具有高灵敏度、高量程、纳米尺寸、柔韧性、可穿戴性等优点。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供提供一种基于石墨烯的压阻效应的压力传感器，此装置主要能实现以下实验目标：

基于石墨烯电阻随压力变化而发生变化的原理进行压力传感，检测范围广、灵敏度高、可穿戴性强且便于集成解决现有石墨烯压力传感器灵敏度有限、尺寸较大、成本较高等问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯压阻效应的压力传感器，包括高阻硅衬底，所述高阻硅衬底上方设有二氧化硅氧化层，在二氧化硅氧化层中部刻蚀正三棱柱腔体，正三棱柱腔体上覆盖三角形石墨烯薄膜，在三角形石墨烯薄膜顶面边长两端点处分别刻蚀第一金属电极和第二金属电极。

进一步地，所述高阻硅衬底为正三棱柱形。

进一步地，所述二氧化硅氧化层为正三棱柱形，二氧化硅氧化层的横截面与高阻硅衬底横截面大小相同。

进一步地，所述正三棱柱腔体位于二氧化硅氧化层的中部，正三棱柱腔体的轴心与二氧化硅氧化层的轴心重合，腔体的深度与二氧化硅氧化层的厚度相等。

进一步地，所述三角形石墨烯薄膜为正三角形，覆盖于正三棱柱腔体顶层，与正三棱柱腔体横截面相适配。

进一步地，所述三角形石墨烯薄膜的层数为1至3层。

进一步地，所述二氧化硅氧化层为底面边长为6mm，高度为5mm的正三棱柱体。

进一步地，所述正三棱柱腔体为底面边长为3mm，高度为1.5mm的正三棱柱腔体。

本实用新型的有益效果是：