[发明专利]一种真空压强传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空压强传感器，具体涉及一种基于半导体纳米线垂直阵列的真空压强传感器。

背景技术

真空压强传感器是真空科学研究与真空测试技术中的重要器件，广泛应用于真空镀膜、航空航天、生物科学实验和工业过程控制等领域。目前使用较多真空压强传感器主要为基于热散逸的皮拉尼压强传感器，然而这类传感器功耗大、不便于集成的特点使得它逐渐不适应于现代电路集成化的要求(Sens. Actuators, A 156 (2009) 201-207)；场发射传感器由于其高的电压和大的功耗的要求而受到限制(Vacuum 84 (2009) 713-717)；基于MEMS技术的真空压强传感器虽然解决了上述问题，但是由于其复杂的结构和繁琐的工艺流程而使得成本提高(Sens. Actuators, A 135 (2007) 507-514)。因此，制备新的更有效的真空压强传感器是现代传感技术向更微小化、更集成化发展的要求。

低维纳米结构半导体金属氧化物，尤其是ZnO半导体纳米结构，其优越的光学、力学、电学和气敏特性使其在电子学、光电子学和微纳电子中具有潜在的应用价值，因而受到广泛的关注(Chem. Phys. Lett. 357 (2002) 314-318)。将低维纳米结构的半导体材料应用于真空压强传感器，有可能获得具有良好的传感性能。2004年，李等人报道了ZnO纳米线对氧压强具有敏感性能(Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 4556-4558)，在此基础上，郑等人报道了一种基于ZnO纳米带膜的真空压强传感器(Nanotechnology 22 (2011) 435501)。但是，这类传感器响应电流小，不易应用于实际测量电路。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种ZnO纳米线阵列真空压强传感器，其利用了半导体纳米线阵列对大气中的氧分子的吸附作用，实现对真空压强的测量，同时，ZnO纳米线阵列由于其大的比表面积而具有良好的传感性能，相比起传统的的真空压强传感器，拥有宽的测量范围宽度、大的响应电流、高灵敏度。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于半导体纳米线垂直阵列的真空压强传感器，包括： 

一片基底；

一层半导体薄膜；

一个半导体纳米线阵列；以及

两片电极，

其中，半导体薄膜粘合在所述基底上，

半导体纳米线阵列贯穿半导体薄膜垂直粘合在基底上，

两片电极固定于半导体纳米线阵列顶部。

进一步，本发明的真空压强传感器，还可以具有这样的特征：

基底为蓝宝石基底。

进一步，本发明的真空压强传感器，还可以具有这样的特征：

半导体薄膜为ZnO薄膜。

进一步，本发明的真空压强传感器，还可以具有这样的特征：

半导体纳米线阵列组成为ZnO纳米线。

另外，本发明的真空压强传感器，还可以具有这样的特征：

两片电极为Au电极。

发明的作用与效果

根据本发明涉及的真空压强传感器，以ZnO纳米线阵列作为敏感材料，通过微电子工艺在其顶端制作电极，纳米线阵列作为敏感材料，感应外部大气压强的变化，引起内部响应电流的变化，通过外部设备对电路中电流的监控，实现对真空压强的测量。由于ZnO具有的高比表面积，本发明的真空压强传感器所产生的响应电流比基于半导体纳米带膜的传感器提高了三个数量级，电阻降低了三个数量级，输出电流大，测量范围宽，灵敏度高。

附图说明

图1为本发明的真空压强传感器的结构示意图；

图2为本发明的真空压强传感器的测试装置图；

图3为实施例中真空压强传感器在不同真空压强条件下的伏安特性曲线；

图4为实施例中真空压强传感器的电阻随压强变化曲线；

图5为实施例中真空压强传感器的功耗随压强变化曲线；

图6为实施例中真空压强传感器的电流对时间的响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图在实施例中对本发明的真空压强传感器进行详细阐述。

图1为真空传感器的结构示意图。如图1所示，本实施例的真空压强传感器，包括：