一种悬浮石墨烯压力传感器的制造与建模.pdf

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1、2014年第33卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)．111一种悬浮石墨烯压力传感器的制造与建模蒋圣伟，师帅，袁娇娇，方靖，徐春林，汪学方(华中科技大学机械科学与工程学院微系统中心，湖北武汉430074)摘要：提出了一种适用于纳机电系统(NEMS)的悬浮石墨烯压力传感器，并结合传统微机械加工工艺提出了压力传感器的制造过程。利用拉曼光谱表征了机械剥离法得到的不同厚度的石墨烯薄膜，验证了石墨烯“G”峰与“2D”峰的强度与薄膜厚度有关。基于薄膜膨胀试验方法，给

2、出了悬浮于矩形、方形与圆形3种空腔的石墨烯薄膜的最大变形与压差的关系，并分别计算了3种形状下薄膜的压力灵敏度，可知矩形情况下单层石墨烯薄膜的压力灵敏度最大，当矩形宽度、方形边长或圆形直径越大，薄膜厚度越小时，压力灵敏度越高，计算表明：这种压力传感器具有高灵敏度。关键词：石墨烯；压力传感器；拉曼光谱；膨胀试验；压力灵敏度中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)05--0111--04Fabricationandmodelingofasuspendedgraphenepressure

3、sensorJIANGSheng—wei，SHIShuai，YUANJiao-jiao，FANGJing，XUChun—lin，WANGXue—fang(InstituteforMicrosystems，SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Asuspendedgraphenepressuresensorwhichisappropriate

4、fornano—electro—mechanicalsystem(NEMS)isproposed，andcombinedwithtraditionalmicromechanismprocesstechnology，itsfabricationprocessisalsoputforward．Ramanspectraisusedtorepresentmechanicallyexfoliatedgraphenemembranewithdiferentthickness，andthefactthattheintensity

5、ofGand2Dpeaksarerelatedtomembranethicknessisidentified．Basedonthemembranebulgetest，respectivelygavetherelationshipbetweenmaximumdeflectionofgraphenemembranesuspendingonrectangle，squareandcirclecavityandpressuredifference；meanwhile，pressuresensitivityofmembrane

6、underthethreecavityshapesarecalculatedrespectively，anditcanbefoundthatgraphenemembraneofsingle—layergraphenemembraneunderrectanglecavityisthemostandwhenrectanglewidth，squarelengthorcirclediameterisbigger，ormembranethicknessissmaller，pressuresensitivityishigher

7、，andthecalculationresultshowsthatthepressuresensorhashighsensitivity．Keywords：graphene；pressuresensors；Ramanspectra；bulgetest；pressuresensitivity0引言可应用于井下、深海等恶劣环境。浙江大学的XuY等石墨烯是一种新兴半导体材料，其发现者荣获2010年人提出了面内或隧穿石墨烯压力传感器，量程大，最大诺贝尔物理学奖。单层石墨烯的厚度仅为一个原子厚检测压力可达5GPa。Kwon0

8、K等人提出了一种极高灵度(约为0．335nm)，具有独特优异的机械与电学性质，敏度石墨烯压力传感器，适用于低压检测环境。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，杨氏模本文提出了一种悬浮石墨烯压力传感器的制造工艺与量为1TPa2]，电子迁移率高达200000am／Vsl3]，石墨烯薄建模。用高定向热解石墨(HOPG)机械剥离出石墨烯，并膜与SiO基底之间的