[发明专利]一种N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器及其制备方法，属纳米材料制备技术领域。该传感器包括石墨基底、原子力显微镜探针以及负载于石墨基底上的功能单元，功能单元为N掺杂SiC纳米带，其制备方法：有机前驱体与双氰氨粉末按(1.5‑3):1混合并置于石墨坩埚，并将碳纤维布衬底置于坩埚顶部；在气氛烧结炉在氩气下先加热至1000‑1040℃保温8‑12分钟，然后升温至1390‑1420℃保温5‑10分钟，升温至1490‑1520℃，然后冷却至1080‑1120℃，再随炉冷却至室温。本发明采用大宽厚比、低缺陷密度的单晶N掺杂SiC纳米带作为功能单元，实现了纳米带压力传感器的制备。

技术领域

本发明涉及一种N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器及其制备方法，属纳米材料制备技术领域。

背景技术

压力传感器由于尺寸小、能耗低、易于集成等优点，在微电子机械系统的应用方面占据了极其重要的地位。由于其成本低廉，工业化技术成熟等特点，硅基半导体压阻式压力传感器被大量应用。然而，在高温环境中，硅材料在很小的应力条件下就会发生塑性形变，器件的可靠性被质疑。为了得到高灵敏、高精度压力传感器，目前研究多关注于有高压阻系数的材料，例如，金刚石薄膜、陶瓷、导电颗粒修饰的绝缘聚合物材料等。但这些硬脆材料，难以满足大应变，长时间使用的要求，并给器件的集成化带来了困难。

SiC材料体系拥有优异的耐高温性能，有关SiC材料压阻性能的研究已有20多年。然而，之前的研究多集中在SiC单晶、多晶、非晶材料和SiC陶瓷材料。这类材料给器件的加工、小型化带来困难，并难以制作柔性器件。

目前，纳米材料因为尺寸维度的降低，表现出了优异的力学性能，能够承受更大的应变。SiC低维纳米机构压阻特性的研究多集中在纳米线和纳米薄片。纳米带拥有优异的韧性，独特的长径比，大的表面积，赋予其构建性能优异的微型器件方面的优势。但到目前为止，对SiC纳米带压阻特性的研究却鲜有报道。本发明以单根N掺杂SiC纳米带作为结构单元，构建了高灵敏压力传感器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高温下灵敏度高的N掺杂SiC纳米带压力传感器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器，所述的压力传感器包括石墨基底、原子力显微镜探针以及负载于石墨基底上的功能单元，所述的功能单元为N掺杂SiC纳米带。本发明所使用的基底为高定向导电石墨材料。

在上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器中，所述的N掺杂SiC纳米带的宽度为100-800nm，厚度为10-80nm。

在上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器中，所述的N掺杂SiC纳米带中N的掺杂量为1-10at.％。

在上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器中，所述的N掺杂SiC纳米带为n型半导体。

在上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器中，所述的N掺杂SiC纳米带沿[111]方向生长。

上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器在67.03nN的压力下，其压阻系数达到10.29×10-11Pa^-1，具有很高的灵敏度。

在上述N掺杂SiC纳米带高灵敏压力传感器中，所述N掺杂SiC纳米带的制备方法包括如下步骤：

1)将聚硅氮烷先预处理，然后与双氰氨粉末混合均匀后置于石墨坩埚中，并将碳纤维布衬底放置在坩埚顶部；预处理后的聚硅氮烷与双氰氨的质量比为(1.5-3):1；

2)将石墨坩埚及衬底一起置于气氛烧结炉中，在氩气的气氛保护下先加热至1000-1040℃保温8-12分钟，然后升温至1390-1420℃保温5-10分钟，接着升温至1490-1520℃，接着先冷却至1080-1120℃，再随炉冷却至室温，制得N掺杂SiC纳米带。