[发明专利]一种基于石墨烯的加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及到加速度传感器制造的技术领域，特别涉及到一种基于石墨烯的加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，通过测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度；通过分析动态加速度，可以分析出设备的移动状态。加速度传感器在了电子消费品、航空航天、汽车、生物医学、环境监控和军事等领域都有着十分广阔的应用前景。

一般加速度传感器就是利用了由于加速度造成传感器内部某个结构或分布变化这个特性。这种变化最终转变为电信号，且变化量与电信号的大小有固定的对应关系。许多物理效应可以用来感应加速度，比如压阻效应、压电效应、电容效应、热气泡效应以及光效应。传统的加速度传感器，多使用检验质量块，但检验质量块普遍存在传感耐冲击能力弱，测量范围窄，尺寸大，灵敏度低等特点。

近年来随着电子技术的发展和MEMS(微机电系统)技术的出现，加速度传感器的研究和开发进入了一个全新的领域，人们致力于寻求具有体积小、重量轻、惯性小、灵敏度高等特点的加速度传感器。如美国专利US20090195243公开了一种加速度传感器装置，其通过悬臂梁的左右摆动带动磁性结构的运动，引起磁场的变化，GMR传感器感应磁场的变化，从而输出差分信号。虽然该专利所述的加速度传感器具有体积小、重量轻等特点，但由于它的悬臂梁的共振频率高，限制并影响了其灵敏度，如果将悬梁臂做得太细以降低其共振频率，则容易发生变形；同时，悬梁臂的扭曲形变不可避免的会带来信号输出的误差，而且结构复杂，装配困难，成本高。再如，中国专利CN200710191247.6公开了一种单芯片三轴加速度传感器,包括加热丝温度传感器平面上方的封装腔和下方的刻蚀腔，其基本原理是通过热敏器件感应密封空腔体内的气体热对流,再通过计算输出加速度信号，该发明具有缩小传感器体积、耐冲击、重量轻等优点，但是由于热对流速度较慢，且温度容易受到外界环境的影响，因此会导致传感器的响应速度较慢，灵敏度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的加速度传感器，具有体积小、重量轻、响应速度快和灵敏度高的特点。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种基于石墨烯的加速度传感器，所述加速度传感器包括表面绝缘的衬底，所述衬底的四周分别设有一片石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜两端分别设有一个金属导电电极，所述加速度传感器还包括一个封装腔，所述封装腔与衬底对应形成一个密闭的腔体，所述腔体内填充有气体，所述气体为具有吸电子效应的气体或者具有共轭给电子效应的气体。

优选的，所述衬底为表面有绝缘氧化硅层的硅单晶衬底。

优选的，所述石墨烯薄膜为单层，厚度为0.335nm。

优选的，所述石墨烯薄膜为CVD生长的石墨烯薄膜。

优选的，所述金属导电电极的材料为Au、Cu、Ag、Al、Mo、Ti和Ni中的至少一种。

优选的，所述具有吸电子效应的气体为NO和NO₂中的至少一种；所述具有共轭给电子效应的气体为CO和NH₃中的至少一种。。

优选的，所述气体CO、NO、NO₂或NH₃的浓度为100～1000ppm。

采用本发明所述的基于石墨烯的加速度传感器利用气体浓度变化以及石墨烯电阻对吸附气体的响应来实现对加速度的测试，具有响应时间短，灵敏度高和稳定性强的特点。

附图说明

图1为本发明基于石墨烯的加速度传感器的结构示意图。

图2为本发明基于石墨烯的加速度传感器的剖视结构示意图。

图3为本发明基于石墨烯的加速度传感器的气流同加速度方向的关系示意图。

图4为本发明基于石墨烯的加速度传感器的石墨烯导电性与加速度的关系示意图。

图5为本发明在不同的加速度下石墨烯对具有共轭给电子效应的气体的吸附响应曲线示意图。

图6为本发明在不同的加速度下石墨烯对具有吸电子效应的气体的吸附响应曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。