[发明专利]石墨烯基压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明是关于一种石墨烯基压阻式压力传感器及其制备方法。该传感器的制备方法包括：在金属基体上制备石墨烯薄膜，形成金属/石墨烯薄膜；在所述石墨烯薄膜表面涂覆PMMA，形成金属/石墨烯薄膜/PMMA；用电化学法对金属基体上涂覆有PMMA的石墨烯薄膜进行鼓泡剥离，得到石墨烯薄膜/PMMA；将所述石墨烯薄膜/PMMA转移到SiO₂/Si基底上，除去PMMA，得到石墨烯薄膜/SiO₂/Si；将所述石墨烯薄膜/SiO₂/Si转移到SiC衬底上；对所述SiO₂/Si基底进行刻蚀；对所述石墨烯薄膜进行图案化；在所述石墨烯薄膜上蒸镀金属电极，得到石墨烯基压阻式压力传感器。本发明的石墨烯基压阻式压力传感器具有压阻特性好、灵敏度高、响应速度快的特点，具有广阔的市场应用价值和前景。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种石墨烯基压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。硅压阻式压力传感器已广泛用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。

电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。目前主流的电学响应型压力传感器都是通过将器件在压力作用下产生的形变转化为传感器电学性能参数的变化来实时响应压力的大小。压阻型压力传感器制备工艺简单、响应稳定性高、抗干扰能力强，成为当前柔性压力传感器领域的研究热点，但是这种压力传感器也存在灵敏度较低、迟滞现象比较严重的情况。而灵敏度是压力传感器的一个关键性能参数，所以设计与制造灵敏度较高的压力传感器是很有必要的。

目前，压阻式压力传感的单晶硅压阻薄膜的加工方法主要有：一种方法是利用碱性溶液从硅片的背面进行各向异性腐蚀，从而在硅片的背面形成背腔的同时在正面形成单晶硅感压薄膜；这种方式采用控制腐蚀时间来控制压阻薄膜的厚度，不能保证压阻薄膜厚度在片内与片间的均匀性及一致性。另一种方法是电化学腐蚀，该方法能得到可在其上制作压阻的轻掺杂感压薄膜，但该种方法需添加较为昂贵的恒电位仪，并采用特殊设计的夹具保护正面不被腐蚀与施加电压到硅片的正面，这样一方面提高了设备成本，另一方面也增加了工艺的复杂度，使得生产效率很低。还有一种方法是在压力传感器的背面或正面键合玻璃，但是硅玻璃键合温度高，会影响载流子再分布，影响传感器性能；而且，硅玻璃键合预留面积要足够大，防止颗粒的存在影响键合质量，且使得芯片尺寸大。因此，有必要对现有的压力传感器及其制备方法予以改进以解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种石墨烯基压阻式压力传感器及其制备方法，所要解决的技术问题是使其具有较强的机械强度、灵敏度高、成本低、响应速度快、测量误差小、使用寿命长等优点，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种石墨烯基压阻式压力传感器的制备方法，其包括：

在金属基体上制备石墨烯薄膜，形成金属/石墨烯薄膜；

在所述石墨烯薄膜表面涂覆PMMA，形成金属/石墨烯薄膜/PMMA；

用电化学法对金属基体上涂覆有PMMA的石墨烯薄膜进行鼓泡剥离，得到石墨烯薄膜/PMMA；

将所述石墨烯薄膜/PMMA转移到SiO₂/Si基底上，除去PMMA，得到石墨烯薄膜/SiO₂/Si；

将所述石墨烯薄膜/SiO₂/Si转移到SiC衬底上；

对所述SiO₂/Si基底进行刻蚀；