[发明专利]CVD石墨烯温度传感器、传感系统及温度传感器制备方法

说明书

本发明公开了一种CVD石墨烯温度传感器、传感系统及温度传感器制备方法，其中的温度传感器为层状结构，自下而上依次包括刚性导热衬底层、石墨烯层、三氧化二铝缓冲层和三氧化二铝保护层。本发明的温度传感器与现有技术相比，其有益效果是：1)本发明装置结构简单，体积小，厚度薄，可粘结物体表面，易于操作。2)本发明装置的制备方法简单，无需电源和引线，可避免温度漂移。3)本发明装置整个结构在低温和高温下均可保持结构稳定，因而温度测量范围大，适用于多种环境。4)本发明装置的测量方法为非接触式，对待测物体影响小，能够实时监测。

技术领域

本发明涉及一种CVD石墨烯温度传感器、传感系统及温度传感器制备方法，属于半导体器件的技术领域。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化的碳原子在二维平面内紧密排列而成的蜂窝状晶体结构，只有一个碳原子厚度，不仅具有优异的光电性能，还具有极高的力学和热学性能，其热导率高达5300W/(m·K)。石墨烯能够通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身稳定性，而且能够承受较大的应力和应变，较高温下依然能够保持结构稳定性。

拉曼光谱分析法是利用光的散射效应而开发的一种无损检测与表征技术，石墨烯的拉曼光谱是其分子振动和转动的体现。当石墨烯温度发生变化时，其声子结构会发生改变，特别是位于平面内的光学支声子LO(纵向)和TO(横向)，而是石墨烯的特征峰G峰是由这两支长波长的光学支声子组成的，因此，石墨烯温度的改变会使其特征峰G峰发生偏移。

目前，市场上的温度传感器主要分为四种：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。这四种温度传感器均需要外部电源，以及引线连接，且制作工艺复杂，例如，中国专利201220337109.0，名称为“一种一体式热电偶温度传感器”；利用热敏电阻实现温度传感的中国专利201410042690.7，名称为“一种温度传感器制作方法”；中国专利201210438040.5，名称为“RTD温度检测系统”；中国专利201280007908.4，名称为“半导体温度传感器”等。

与上述传感器的传感方法相比，本发明提供了一种非接触温度传感的装置，及其制备方法，利用石墨烯特征峰峰位进行温度传感，传感装置无需电源和引线连接，制备工艺简单，温度测量范围大，适用于实时测量物体或环境温度，具有巨大的应用潜力。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提出了一种CVD石墨烯温度传感器、传感系统及温度传感器制备方法，利用半导体刚性衬底和石墨烯优良的导热性能，基于石墨烯拉曼光谱特征峰G峰峰位与温度之间的对应关系，实现对物体或环境温度的非接触实时传感，传感装置无需电源和引线，制备工艺简单，温度测量范围广，有望成为一种新型的温度传感方法。

技术方案：本发明所述的温度传感器，所述温度传感器为层状结构，自下而上依次包括刚性导热衬底层、石墨烯层、三氧化二铝缓冲层和三氧化二铝保护层。如此形成的温度传感器其拉曼光谱的G峰会随着温度传感器的温度变化而发生偏移。

进一步地，所述石墨烯层的尺寸小于所述刚性衬底层的尺寸，所述三氧化二铝缓冲层的尺寸大于石墨烯层的尺寸，所述三氧化二铝缓冲层覆盖所述石墨烯层，并包覆所述石墨烯层的四围，以便石墨烯和周围环境(如气体、水分等)彻底隔开，提高传感器的抗干扰性能。

进一步地，所述石墨烯层厚度单层或2-5层，厚度在0.3～2nm，所述三氧化二铝缓冲层的厚度为1～2nm，所述三氧化二铝层保护层的厚度为10-50nm。

进一步地，所述刚性衬底层的长度为5～30mm，宽度为5～30mm，所述石墨烯层的长度为5～20mm，宽度为5～20mm。

进一步地，包括激光器、入射光纤、温度传感器、出射光纤、光谱分析仪和计算机，激光器发出的激光经过入射光纤照射到温度传感器的表面，所属温度传感器反射激光信号经过出射光纤传输至光谱分析仪中，光谱分析仪将产生的数据信号传送至计算机中。