[发明专利]一种半导体纳米线力学传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种半导体纳米线力学传感器及其制备方法。该半导体纳米线力学传感器包括第一衬底、以及设置于第一衬底顶面的导电层；第一衬底上设置有贯通导电层的第一凹槽，第一凹槽使得第一凹槽两侧的导电层之间相互绝缘；第一凹槽的两侧侧壁或两侧表面之间设有第一纳米线，第一纳米线连接第一凹槽两侧之间的导电层，使得第一凹槽两侧之间的导电层导通；第一纳米线的表面附着有微纳米材料或质量块。本发明提供的半导体纳米线力学传感器，通过在桥接纳米线的表面，二次生长微纳米材料或质量块，增加纳米线对流速或加速度的灵敏度；与目前的薄膜应变片相比，本发明的半导体纳米线力学传感器中纳米线具有更小的体积、更易于集成、以及更低的功耗。

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米线传感器及其制备方法，该半导体纳米线传感器用于检测流速、加速度、以及应力应变等物理量。

背景技术

半导体应变片传感器，被广泛用于检测应力应变，其工作原理是：外力使半导体应变片发生形变，从而改变应变片电阻，通过检测电阻变化获知形变量。

为了实现传感器的微型化和高灵敏度，需要缩小应变片尺寸。半导体纳米线作为最小的导电通道，是微纳传感器的理想选择；而且微小的外力就可以使纳米线发生形变，因此采用半导体纳米线代替应变片，可以提高灵敏度。

但是，半导体纳米线的制备工艺复杂，需要经历剥离、排列、组装、光刻、镀膜等步骤，而且会损伤和污染纳米线。此外，纳米线与电极的接触区域非常小，使得接触电阻大，并且电极材料与纳米线之间属于物理接触，附着力不够，电极无法长期可靠的固定纳米线。近期报导的纳米线桥接技术，可以有效解决这些问题(Nano Letters,2019,19,3448-3456)。但是，纳米线结构纤细，如何针对桥接纳米线施加外力，从而制备性能优异的微纳传感器，仍是目前的挑战。

综上所述，探索纳米线力学传感器的结构以及制备工艺，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半导体纳米线力学传感器及其制备方法。

本发明的一种半导体纳米线力学传感器，其技术方案为：

该半导体纳米线力学传感器包括第一衬底、以及设置于所述第一衬底顶面的导电层；

所述第一衬底上设置有贯通所述导电层的第一凹槽，所述第一凹槽使得第一凹槽两侧的所述导电层之间相互绝缘；

所述第一凹槽的两侧侧壁或两侧表面设置有第一纳米线，所述第一纳米线连接所述第一凹槽两侧之间的导电层(该第一纳米线简称桥接纳米线)，使得所述第一凹槽两侧之间的导电层导通；该桥接纳米线是悬空状态；

所述第一凹槽深度大于凹槽宽度的十分之一，而且凹槽底部的宽度大于凹槽顶部的宽度(如倒梯形或倒三角形)，从而避免纳米线生长时凹槽底部的寄生沉积物使得纳米线短路(即旁路电流)。

本发明提供的一种半导体纳米线力学传感器，还包括如下附属技术方案：

其中，所述第一衬底上设置有贯通所述导电层的第二凹槽，所述第二凹槽使得第二凹槽两侧的所述导电层之间相互绝缘；

所述第二凹槽的两侧侧壁或两侧表面设置有第二纳米线，所述第二纳米线连接所述第二凹槽两侧之间的导电层，使得所述第二凹槽两侧之间的导电层导通；所述第二纳米线延伸方向垂直于第一纳米线的延伸方向；

所述第二纳米线的表面附着有微纳米材料或质量块。

所述导电层可以刻蚀形成导电条，两个导电条之间具有凹槽，从而使得两个导电条相互绝缘。两个导电条之间的两侧侧壁或两侧表面生长着相互交叉连接的纳米线，其中纳米线的交叉端未固定，易于形变。交叉纳米线构成了两个导电条之间的导电通道，因此交叉纳米线形变时(如弯曲)所产生的电阻变化，可以通过测试两个导电条之间的电阻获得。