[发明专利]一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器

说明书

本发明涉及压力传感领域，具体提供了一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器。本发明中，钉扎层、势垒层、自由层构成磁隧道结。应用时，应用固定磁场作用于本发明；压力作用在受力层上。通过测量具有压力时和未施加压力时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测压力。在本发明中，受力层压缩二维材料层，使得二维材料层产生相变或形变，从而改变二维材料层的导电特性和量子隧穿特性，从而改变钉扎层和自由层之间的磁隧道结电阻。因为钉扎层和自由层之间的磁隧道结电阻严重地依赖于其间的二维材料层的导电特性或量子隧穿特性，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。

技术领域

本发明涉及压力传感领域，具体涉及一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器。

背景技术

压力传感器是用于将重量、负载、压力等力学量转换我电信号的传感器。压力传感器在车辆、飞行器、家用电器、工业控制等领域具有广泛的应用。虽然基于光纤或光学原理的压力传感器具有灵敏度高的优点，但是基于光纤或光学原理的压力传感器需要光源和光探测器。这样的装置设备复杂，成本高。虽然传统电学压力传感器在工业中已经被广泛应用，但是这些传统电学压力传感器的灵敏度低，不能满足航天航空、精密仪器中的要求。也就是说，随着技术进步，当前压力传感器的探测灵敏度不能满足需求，需要探索基于新原理的压力传感技术。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器，包括反铁磁层、钉扎层、二维材料层、自由层、受力层，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，二维材料层置于钉扎层上，自由层置于二维材料层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料，受力层置于自由层上。

更进一步地，二维材料层的材料为二硫化钼。

更进一步地，在二维材料层与自由层的界面处，自由层内设有孔洞。

更进一步地，孔洞内设有压电材料。

更进一步地，孔洞内设有压磁材料。

更进一步地，二维材料层为石墨烯复合层，石墨烯复合层包括石墨烯层和碳纳米管层。

更进一步地，碳纳米管层置于石墨烯层上，石墨烯层置于钉扎层上。

更进一步地，还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层置于所述碳纳米管层上。

更进一步地，还包括压电材料颗粒，压电材料颗粒置于第二石墨烯层上。

更进一步地，第二石墨烯层为褶皱状。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器。本发明中，钉扎层、势垒层、自由层构成磁隧道结。应用时，应用固定磁场作用于本发明；压力作用在受力层上。通过测量具有压力时和未施加压力时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测压力。在本发明中，受力层压缩二维材料层，使得二维材料层产生相变或形变，从而改变二维材料层的导电特性和量子隧穿特性，从而改变钉扎层和自由层之间的磁隧道结电阻。因为钉扎层和自由层之间的磁隧道结电阻严重地依赖于其间的二维材料层的导电特性或量子隧穿特性，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。另外，本发明是基于传统电学的，信号处理简单，器件尺寸小，便于集成。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器的示意图。

图2是又一种基于二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器的示意图。

图中：1、反铁磁层；2、钉扎层；3、二维材料层；4、自由层；5、受力层；6、孔洞。

具体实施方式