[发明专利]一种高灵敏度纳米线加速度传感器

说明书

本发明提供了一种高灵敏度纳米线加速度传感器，桥接纳米线构成U型环路，其中一端的电极区域为悬空状态；桥接纳米线构成交叉结构，并在桥接纳米线中部附着质量块。本发明的传感器具有微型化、可集成、高灵敏度的特点。

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度纳米线加速度传感器，用于检测外界加速度。

背景技术

基于应变片的微悬臂梁传感器，被广泛用于检测加速度，其工作原理是：加速度在质量块上产生外力，外力通过质量块传递到悬臂梁应变片，从而应变片发生形变、并改变电阻，通过检测电阻变化获得加速度(Sensors and Actuators A,281,156-175,2018)。

为了实现传感器的微型化和高灵敏度，需要缩小应变片尺寸。半导体纳米线是最小的导电通道，而且微小的外力就可以使纳米线发生形变，因此具有高灵敏度。

但是，半导体纳米线的制备工艺复杂，需要经历剥离、排列、组装、光刻、镀膜等步骤，会损伤和污染纳米线。此外，纳米线的固定靠金属电极，金属电极与纳米线之间属于物理接触(附着力不够)，电极无法长期可靠的固定纳米线。纳米线桥接生长技术，可以有效解决这一问题。但是，纳米线结构纤细，如何针对桥接纳米线施加外力，从而制备出性能优异的纳米线加速度传感器，仍是目前的挑战。

综上所述，探索纳米线加速度传感器的结构以及制备工艺，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术之不足，提供一种高灵敏度纳米线加速度传感器及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种高灵敏度纳米线加速度传感器，包括衬底、导电层和桥接纳米线，衬底上生长有导电层，衬底被刻蚀成凹槽结构，凹槽贯穿导电层，使得导电层被分隔成左侧导电层和右侧导电层，二者之间电绝缘；一侧导电层被分隔成两块相互绝缘的导电层，两侧导电层的侧壁上桥接纳米线，整体构成U型环路；纳米线为悬空状态，作为两侧导电层的导电通道，连接两侧的导电层。

进一步，所述的衬底被刻蚀成导电层为悬空状态，该侧导电层为合并的，即局部减薄；该悬空部分作为质量块，从而形成纳米线一端支撑质量块的悬臂梁结构。

进一步，该高灵敏度纳米线加速度传感器还包括质量块，衬底被刻蚀成环形凹槽结构，四周的导电层均为合并的，但相互间电绝缘，相对两侧导电层的侧壁上桥接纳米线，构成交叉结构，在纳米线的中部附着质量块。

同一排列方向的纳米线构成一个传感器。由于，相互垂直的纳米线(即两个不同的传感器)，对同一方向的外力(如惯性力)敏感程度不同；因此，通过对比两个传感器的检测信号，可识别外力的方向。

本发明的技术效果：

(1)与目前的薄膜应变片相比，纳米线具有更小的体积、更易于形变、以及更低的功耗；

(2)通过在交叉桥接纳米线表面附着质量块，增加了纳米线对加速度的灵敏度，并且可以识别加速度的方向；

(3)通过减薄U型环路的桥接纳米线，形成了纳米线一端支撑质量块的悬臂梁结构，该结构具有紧凑、一体化的优点。

附图说明

图1为U型环路桥接纳米线的示意图(截面图)。

图2为U型环路桥接纳米线的示意图(俯视图)。

图3为减薄后的U型环路桥接纳米线的示意图(截面图)。

图4为减薄后的U型环路桥接纳米线的示意图(俯视图)。

图5为交叉桥接纳米线的结构示意图(俯视图)。