CN109659305A - 一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法 - Google Patents

一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法,属于压电传感器领域,包括P型硅片、二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜、两个金属电极、InSe纳米薄膜和氧化锌薄膜,P型硅片的一侧上表面依次设置二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜和InSe纳米薄膜,InSe纳米薄膜上设置有PMMA层,两个金属电极固定于InSe纳米薄膜上,P型硅片的另一侧上表面设有氧化锌薄膜氧化锌薄膜上下表面均设有一层Au,Au与金属电极之间相连。本发明选择具有高灵敏、高迁移率的二维硒化铟材料和具有优异压电特性的氧化锌薄膜来提供信号,使用晶体管的本征放大作用,放大由氧化锌提供的压力信号,大大提高压力传感器的检测精度以及灵敏度。

Description

一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法,属于压电传感器技术领域。
背景技术
近年来,压电传感器设备已经在广泛地应用在诸多技术领域,如显示器,机器人,能量采集器等。在生物医药领域,高灵敏、集成化的压力传感器的发展受到众多科学家的关注,在触诊和机器人手术中,直接接触物理对象的高灵敏触觉传感器是迫切需要的,而选择合适的压电材料以及传感器的结构是目前压电领域研究的热点。
步入21世纪以来,纳米材料与技术的研究领域和应用前景迅速拓展到信息、能源、材料、生物、医学等方面。纳米材料由于其种类繁多,且表现出了优异的各项性能,被广泛的用于组装各种纳米电子器件,并日益影响着人类日常的生活。
二维层状半导体材料表现出不同于块体材料的物理和化学性质,在纳米电子器件和纳米光电子器件中展现了巨大的应用前景,因此成为材料和电子领域研究的热点。其中典型的为石墨烯和二硫化钼,石墨烯虽具有优良的性质,其零带隙的能带结构使得基于石墨烯的场效应晶体管具有极低的电流开关比、光电探测器具有极低的光电探测信噪比,大大限制了石墨烯在高性能微电子和光电子领域的应用。二硫化钼虽然有随层数可控的禁带宽度,然而由于材料自身性质的限制,缺少高电子输运性能和高的光电探测性能。
目前高灵敏的压电传感器在人工智能,生物医药等众多前沿交叉的领域发挥着必不可少的作用,虽然目前国际上在这方面进行了很深入科学研究,不过目前超精密的设备对于压力传感器的灵敏度以及精度提出了更高的要求。目前市面上常规的的压力传感器的检测精度以及灵敏度都较低,并且一般体积较大,不能满足日益发展的科技水平。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器及其制作方法,选择具有高灵敏、高迁移率的二维硒化铟材料和具有优异压电特性的氧化锌薄膜来提供信号,使用晶体管的本征放大作用,放大由氧化锌提供的压力信号,大大提高压力传感器的检测精度以及灵敏度。
术语解释:
PMMA:聚甲基丙烯酸甲酯,以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯,相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料,其中以聚甲基丙烯酸甲酯应用最广泛,聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA,俗称有机玻璃。
PI胶带:全名为聚酰亚胺胶带,最重要的一个特性就是耐高温。
本发明的%均为质量百分比。
本发明采用以下技术方案:
一方面,本发明提供一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,包括P型硅片、二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜、两个金属电极、InSe纳米薄膜和氧化锌(ZnO)薄膜,所述P型硅片的一侧上表面依次设置所述二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜和InSe纳米薄膜,所述InSe纳米薄膜上还设置有PMMA层,两个金属电极固定于InSe纳米薄膜上,所述P型硅片的另一侧上表面设置有所述氧化锌薄膜,所述氧化锌薄膜为水热法生长而成,所述氧化锌薄膜上下表面均设有一层Au,所述Au与金属电极之间相连。
本发明采用ZnO作为一种直接带隙n型半导体,具有优异的光学、电学、力学等特点,特别是压电和半导体耦合特性在材料领域受到广泛关注,它是利用应变产生的压电极化电荷调制能带结构并进而有效的控制载流子在界面的传输行为。
通常,硅片分为四类,轻掺杂,重掺杂,p型,n型排列组合,本发明采用重掺杂的P型硅片,所述三氧化二铝薄膜的厚度为10~15nm。
优选的,所述PMMA层的厚度为200~250nm,所述硒化铟纳米薄膜厚度为20~50nm。
优选的,所述二氧化硅薄膜为热氧化的且厚度为80~120nm的二氧化硅薄膜。
优选的,所述Au的厚度为50~100nm。
优选的,所述金属电极为Ti/Au电极,其中,Ti的厚度为5~15nm,Au的厚度为50~100nm。
另一方面,本发明还提供一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,包括以下步骤:
(1)准备热氧化了二氧化硅的P型硅片,进行清洗;
(2)清洗完毕,使用原子层沉积(ALD)技术在100~200℃下沉积三氧化二铝,使得三氧化二铝薄膜的厚度为10~15nm,三氧化二铝薄膜可以屏蔽界面的库伦杂质散射;
(3)在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上制备InSe纳米薄膜;
(4)利用光学显微镜定位多层InSe纳米薄膜,用金属掩膜版(shadowmask)定义电极位置,放置在电子束蒸发沉积系统中,蒸镀金属电极,得到器件一;
(5)采用PI胶带遮住器件一的一侧,将器件一旋涂PMMA,并在110~170℃的条件下烘烤30~90min,将器件一未覆盖的一侧进行封装;
(6)将PI胶带撕下,并将胶带覆盖的一侧区域置于5~15%浓度的氢氟酸中20~30min,刻蚀掉PI胶带覆盖的一侧的二氧化硅以及三氧化二铝;
(7)使用光学掩膜版遮住器件一侧,磁控溅射在氢氟酸刻蚀掉的区域上沉积50~100nm的金,得到镀金后的基底;
(8)水热法生长氧化锌薄膜:用等离子清洗机(如海宝氧气plasma,参数为25Pa,功率20W,处理时间5min)清洗镀金后的基底表面,使其表面亲水化,用大于基底的铝箔将基底的整个底面及顶面的四边包起,基底镀金面朝上置于23~27mmol/L的六水合硝酸锌和23~27mmol/L的六亚甲基四胺按1:1混合溶液中,根据电化学反应,在80~90℃水浴条件下反应1.5~2.5h,得到整齐的纳米棒阵列,即氧化锌薄膜;
(9)使用光学掩膜版,磁控溅射在氧化锌生长的区域沉积50~100nm的金,在测试中将氧化锌薄膜上部的Au与金属电极之间相连。
优选的,所述步骤(1)中,清洗的过程为:
a、采用氮气枪预吹扫P型硅片;
b、采用浓度为3~10%的迪康Decon 90碱性清洗液,超声5~10min后,用大量去离子水(DI water)冲洗;
c、用大量去离子水冲洗后,放入一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min;
d、再放入另一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干;
e、在丙酮中超声5~10min后取出,立即放入装有乙醇的烧杯,并在装有乙醇的烧杯超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干。
优选的,所述步骤(1)中,P型硅片的尺寸为长3~5cm,宽1~2cm;
所述步骤(4)中的金属电极为的Ti/Au电极,Ti的厚度为5~15nm,Au的厚度为50~100nm。
优选的,所述步骤(3)中,制备InSe纳米薄膜的过程为:使用纯度为99%的InSe材料,取一小块InSe放置在Scotch胶带上,然后反复黏撕胶带,重复多次后将胶带黏在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上,撕去胶带得到多层的InSe纳米薄膜。
本发明的有益效果为:
1)本发明采用ZnO作为一种直接带隙n型半导体,具有优异的光学、电学、力学等特点,特别是压电和半导体耦合特性在材料领域受到广泛关注,它是利用应变产生的压电极化电荷调制能带结构并进而有效的控制载流子在界面的传输行为。
2)本发明使用二维场效应晶体管与压电材料结合集成于一个电路芯片上,选择二维材料中具有高迁移率、高灵敏度的硒化铟材料作为晶体管的沟道材料,使用水热法生长的ZnO作为压电材料,通过栅极调制发挥晶体管放大器的作用,将电压信号转换为高灵敏的电流信号。
3)本发明选择的新型二维硒化铟材料,具有较小的电子有效质量、高的电子迁移率、高的光吸收系数和小的直接带隙,具有绝佳的电、光、力学等性能,基于硒化铟的场效应晶体管的电子迁移率可以达到1000cm2/Vs。
综上,本发明选择具有高灵敏高迁移率的二维硒化铟材料,选择具有优异压电特性的ZnO薄膜来提供信号,使用晶体管的本征放大作用,放大由氧化锌提供的压力信号,大大提高压力传感器的检测精度以及灵敏度,将压力检测和信号传递集成在一个微小芯片上,可以大大提高在实际方面的应用。
附图说明
图1为本发明的一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的结构示意图;
图2为本发明采用的InSe纳米材料的X射线衍射图像(XRD);
图3为本发明转移至衬底上的InSe纳米薄膜的原子力显微镜示意图,此处的衬底指生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片;
图4为本发明的InSe纳米材料的透射电子显微镜图像;
图5为本发明生长的氧化锌材料的扫描电子显微镜(SEM)图像;
图6中,图(a)为硒化铟场效应晶体管的转移特性曲线,图(b)为硒化铟场效应晶体管的输出特性曲线,图(c)为硒化铟场效应晶体管转移特性曲线对应的跨导图像,图(d)为硒化铟场效应晶体管在不同的源漏电压下的转移特性曲线;
图7为本发明基于硒化铟晶体管的氧化锌传感器在不同的栅极脉冲电压下的源漏电流变化图像;
图8本发明基于硒化铟晶体管的氧化锌传感器在不同的栅极脉冲电压下的源漏电流变化曲线以及在氧化锌上施加不同脉冲电压下的电流变化曲线;
其中:1-p型硅片,2-二氧化硅薄膜,3-三氧化二铝薄膜,4-InSe纳米薄膜,5-金属电极,6-PMMA层,7-Au,8-氧化锌薄膜。
具体实施方式:
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述,但不仅限于此,本发明未详尽说明的,均按本领域常规技术。
实施例1:
如图1所示,一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,包括P型硅片1、二氧化硅薄膜2、三氧化二铝薄膜3、两个金属电极5、InSe纳米薄膜4和氧化锌薄膜8,P型硅片1的一侧上表面依次设置二氧化硅薄膜2、三氧化二铝薄膜3和InSe纳米薄膜4,InSe纳米薄膜4上还设置有PMMA层6,两个金属电极5固定于InSe纳米薄膜4上,P型硅片1的另一侧上表面设置有氧化锌薄膜8,氧化锌薄膜8为水热法生长而成,氧化锌薄膜8上下表面均设有一层Au7,Au7与金属电极5之间相连
本发明采用ZnO作为一种直接带隙n型半导体,具有优异的光学、电学、力学等特点,特别是压电和半导体耦合特性在材料领域受到广泛关注,它是利用应变产生的压电极化电荷调制能带结构并进而有效的控制载流子在界面的传输行为。
实施例2:
一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,结构如实施例1所示,所不同的是,二氧化硅薄膜2为热氧化的且厚度为90nm的二氧化硅薄膜;三氧化二铝薄膜3的厚度为12nm;PMMA层6的厚度为220nm,硒化铟纳米薄膜4厚度为30nm,Au7的厚度为80nm。
实施例3:
一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,结构如实施例2所示,所不同的是,金属电极为Ti/Au电极,其中,Ti的厚度为12nm,Au的厚度为80nm。
实施例4:
一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,包括以下步骤:
(1)准备热氧化了二氧化硅的P型硅片,进行清洗;
(2)清洗完毕,使用原子层沉积(ALD)技术在100~200℃下沉积三氧化二铝,使得三氧化二铝薄膜的厚度为10~15nm,三氧化二铝薄膜可以屏蔽界面的库伦杂质散射;
(3)在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上制备InSe纳米薄膜;
(4)利用光学显微镜定位多层InSe纳米薄膜,用金属掩膜版(shadowmask)定义电极位置,放置在电子束蒸发沉积系统中,蒸镀金属电极,得到器件一;
(5)采用PI胶带遮住器件一的一侧,将器件一旋涂PMMA,并在110~170℃的条件下烘烤30~90min,将器件一未覆盖的一侧进行封装;
(6)将PI胶带撕下,并将胶带覆盖的一侧区域置于5~15%浓度的氢氟酸中20~30min,刻蚀掉PI胶带覆盖的一侧的二氧化硅以及三氧化二铝;
(7)使用光学掩膜版遮住器件一侧,磁控溅射在氢氟酸刻蚀掉的区域上沉积50~100nm的金;
(8)水热法生长氧化锌薄膜:用等离子清洗机(如海宝氧气plasma,参数为25Pa,功率20W,处理时间5min)清洗镀金后的基底表面,使其表面亲水化,用大于基底的铝箔将基底的整个底面及顶面的四边包起,基底镀金面朝上置于23~27mmol/L的六水合硝酸锌和23~27mmol/L的六亚甲基四胺按1:1混合溶液中,根据电化学反应,在90℃水浴条件下反应2h,得到整齐的纳米棒阵列,即氧化锌薄膜;
(9)使用光学掩膜版,磁控溅射在氧化锌生长的区域沉积50~100nm的金,在测试中将氧化锌薄膜上部的Au与金属电极之间相连。
实施例5:
一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,方法如实施例4所示,所不同的是,步骤(1)中,清洗的过程为:
a、采用氮气枪预吹扫P型硅片;
b、采用3~10%的迪康Decon 90碱性清洗液,超声5~10min后,用大量去离子水(DI water)冲洗;
c、用大量去离子水冲洗后,放入一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min;
d、再放入另一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干;
e、在丙酮中超声5~10min后取出,立即放入装有乙醇的烧杯,并在装有乙醇的烧杯超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干。
实施例6:
一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,方法如实施例4所示,所不同的是,步骤(1)中,P型硅片的尺寸为长3~5cm,宽1~2cm;步骤(4)中的金属电极为的Ti/Au电极,Ti的厚度为5~15nm,Au的厚度为50~100nm。
实施例7:
一种基于硒化铟晶体管的PVDF压电传感器的制作方法,方法如实施例4所示,所不同的是,步骤(3)中,制备InSe纳米薄膜的过程为:使用纯度为99%的InSe材料,取一小块InSe放置在Scotch胶带上,然后反复黏撕胶带,重复多次后将胶带黏在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上,撕去胶带得到多层的InSe纳米薄膜。
本发明中,采用新型二维硒化铟材料,具有较小的电子有效质量、高的电子迁移率、高的光吸收系数和小的直接带隙,具有绝佳的电、光、力学等性能,基于硒化铟的场效应晶体管的电子迁移率可以达到1000cm2/Vs,如图2所示,为InSe纳米材料的X射线衍射图像,其横坐标为入射光线和反射光线的角度,纵坐标为入射光线和反射光线的强度,峰值的位置表示不同的晶格径向,峰很尖锐说明结晶性能很好,展示了生长的硒化铟材料具有较好的晶格结构。
图3为本发明转移至衬底上的InSe纳米薄膜的原子力显微镜(AFM,CSPM5500)形貌图和高度剖面图,此处的衬底指生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片,其中,其横坐标为步长,纵坐标是高度,本发明采用的厚度为20~50nm的硒化铟纳米薄膜来制作高性能的电子器件。
图4为InSe纳米材料的透射电子显微镜图像,从图中可以看出,硒化铟纳米薄膜具有较好的晶格结构。
图5为本发明生长的氧化锌材料的扫描电子显微镜(SEM)图像,展示了氧化锌的平面结构。
将本发明的实施例3在室温(20~25℃)条件下使用AgilentB2901A参数分析仪测量采用PMMA封装的多层硒化铟场效应晶体管的转移特性以及输出特性曲线。
对于转移特性,如图6(a)所示,其横坐标为栅极电压VGS的大小,纵坐标为源漏电流IDS的大小,VGS在VDS为1V时从-10V到10V进行扫描,从图中可看出,器件具有很高的开关电流比,亚阈值摆幅很小,性能很好,从图6(a)计算得出,晶体管的开关电流比为106,亚阈值摆幅S为800mV/decade,关态电流为10pA。
输出特性图像如图6(b)所示,是从图1中提取出来的随着栅极电压VGS变化的跨导和迁移率图像,表明了迁移率的变化,本发明的迁移率很高,器件有很高的迁移率和响应速度,性能较佳。
对于输出特性,如图6(c)所示,其横坐标为源漏电压VDS的变化,纵坐标为源漏电流IDS的大小,VDS从0到10V扫描,同时VGS从-10V到10V步进,增量为4V,不同的曲线是在不同的栅极电压下的曲线,曲线表明器件具有较好的饱和区,可以较快的到达饱和区并且饱和电流高;从图6(c)的最小二乘法拟合中,我们提取了晶体管的线性电子迁移率约为246cm2/Vs,阈值电压VT为-3.1V。
图6(d)展示了硒化铟场效应晶体管在不同源漏电压(VDS)下的转移特性曲线,,从线性区到饱和区,对于n型半导体,晶体管一般具有正向的阈值电压,本发明的硒化铟纳米薄膜展示了负向的阈值电压,这表明了硒化铟-介电层的界面处有一定量的正电荷,本发明使用ALD生长三氧化二铝与二氧化硅一起作为介电层,这是因为具有高的介电常数k的三氧化二铝可以有效的屏蔽界面处的库伦杂质散射,并有效的提高器件的场效应迁移率,本发明的压电传感器可以在线性区饱和区工作。
图7为基于硒化铟晶体管的氧化锌传感器在不同的栅极脉冲电压下的源漏电流变化(Ids)图像,横坐标为时间,纵坐标为源漏电流(Ids),可以看出随着栅极脉冲电压的增加,电流的变化趋势增大,是正相关的变化,将栅极脉冲电压变化与对应的电流变化拟合,然后就可以通过电流的变化得到栅极提供的脉冲电压的大小,即压力产生的电压的大小,通过氧化锌的模拟压电极化特性可以得到在氧化锌上所施加的力的大小。
图8为基于硒化铟晶体管的氧化锌传感器在不同的栅极脉冲电压下的源漏电流变化曲线以及在氧化锌上施加不同脉冲电压下的电流变化曲线;从图像上可以得到,对氧化锌施加的脉冲压力产生的电压在400mV左右,施加的压力为0.098N(10g砝码)。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,包括P型硅片、二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜、两个金属电极、InSe纳米薄膜和氧化锌薄膜,所述P型硅片的一侧上表面依次设置所述二氧化硅薄膜、三氧化二铝薄膜和InSe纳米薄膜,所述InSe纳米薄膜上还设置有PMMA层,两个金属电极固定于InSe纳米薄膜上,所述P型硅片的另一侧上表面设置有所述氧化锌薄膜,所述氧化锌薄膜为水热法生长而成,所述氧化锌薄膜上下表面均设有一层Au,所述Au与金属电极之间相连。
2.根据权利要求1所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,所述P型硅片为重掺杂的P型硅片,所述三氧化二铝薄膜的厚度为10~15nm。
3.根据权利要求1所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,所述PMMA层的厚度为200~250nm,所述硒化铟纳米薄膜厚度为20~50nm。
4.根据权利要求3所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,所述二氧化硅薄膜为热氧化的且厚度为80~120nm的二氧化硅薄膜。
5.根据权利要求4所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,所述Au的厚度为50~100nm。
6.根据权利要求5所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器,其特征在于,所述金属电极为Ti/Au电极,其中,Ti的厚度为5~15nm,Au的厚度为50~100nm。
7.一种权利要求1所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)准备热氧化了二氧化硅的P型硅片,进行清洗;
(2)清洗完毕,使用原子层沉积技术在100~200℃下沉积三氧化二铝,使得三氧化二铝薄膜的厚度为10~15nm;
(3)在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上制备InSe纳米薄膜;
(4)利用光学显微镜定位多层InSe纳米薄膜,用金属掩膜版定义电极位置,放置在电子束蒸发沉积系统中,蒸镀金属电极,得到器件一;
(5)采用PI胶带遮住器件一的一侧,将器件一旋涂PMMA,并在110~170℃的条件下烘烤30~90min,将器件一未覆盖的一侧进行封装;
(6)将PI胶带撕下,并将胶带覆盖的一侧区域置于5~15%浓度的氢氟酸中20~30min,刻蚀掉PI胶带覆盖的一侧的二氧化硅以及三氧化二铝;
(7)使用光学掩膜版遮住器件一侧,磁控溅射在氢氟酸刻蚀掉的区域上沉积50~100nm的金,得到镀金后的基底;
(8)水热法生长氧化锌薄膜:用等离子清洗机清洗镀金后的基底表面,使其表面亲水化,用大于基底的铝箔将基底的整个底面及顶面的四边包起,基底镀金面朝上置于23~27mmol/L的六水合硝酸锌和23~27mmol/L的六亚甲基四胺按1:1混合溶液中,根据电化学反应,在80~90℃水浴条件下反应1.5~2.5h,得到整齐的纳米棒阵列,即氧化锌薄膜;
(9)使用光学掩膜版,磁控溅射在氧化锌生长的区域沉积50~100nm的金,在测试中将氧化锌薄膜上部的Au与金属电极之间相连。
8.根据权利要求7所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤(1)中,清洗的过程为:
a、采用氮气枪预吹扫P型硅片;
b、采用浓度为3~10%的碱性清洗液,超声5~10min后,用大量去离子水冲洗;
c、用去离子水冲洗后,放入一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min;
d、再放入另一个装有去离子水的烧杯中超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干;
e、在丙酮中超声5~10min后取出,立即放入装有乙醇的烧杯,并在装有乙醇的烧杯超声5~10min后取出,立即用氮气枪吹干。
9.根据权利要求6所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤(1)中,P型硅片的尺寸为长3~5cm,宽1~2cm;
所述步骤(4)中的金属电极为的Ti/Au电极,Ti的厚度为5~15nm,Au的厚度为50~100nm。
10.根据权利要求6所述的基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器的制作方法,其特征在于,所述步骤(3)中,制备InSe纳米薄膜的过程为:使用纯度为99%的InSe材料,取一小块InSe放置在胶带上,然后反复黏撕胶带,重复多次后将胶带黏在生长有二氧化硅薄膜和三氧化二铝薄膜的P型硅片上,撕去胶带得到多层的InSe纳米薄膜。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110116982A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 山东大学 一种新型压电式压力传感器及其制备方法
CN112993143A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 株式会社电装 驻极体
CN113066905A (zh) * 2021-04-12 2021-07-02 山东大学 一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075400A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 삼성전자주식회사 나노와이어를 이용한 압력 센서
CN104613861A (zh) * 2015-02-02 2015-05-13 上海集成电路研发中心有限公司 一种柔性有源应变或压力传感器结构及制备方法
CN209434186U (zh) * 2018-12-18 2019-09-24 山东大学深圳研究院 一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075400A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 삼성전자주식회사 나노와이어를 이용한 압력 센서
CN104613861A (zh) * 2015-02-02 2015-05-13 上海集成电路研发中心有限公司 一种柔性有源应变或压力传感器结构及制备方法
CN209434186U (zh) * 2018-12-18 2019-09-24 山东大学深圳研究院 一种基于硒化铟晶体管的氧化锌压电传感器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUANGDA LIANG: "Improved performance of InSe field-effect transistors by channel encapsulatio", SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 33, pages 1 - 5 *
WEI FENG: "Back Gated Multilayer InSe Transistor with Enhanced Carrier Mobilities via the Suppression of Carrier Scattering from a Dielectric Interface", ADVANCED MATERIALS, vol. 26, pages 6587 - 659 *
邹小平: "纳米材料与敏化太阳电池", 31 December 2014, 上海交通大学出版社, pages: 87 - 92 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110116982A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 山东大学 一种新型压电式压力传感器及其制备方法
CN112993143A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 株式会社电装 驻极体
CN112993143B (zh) * 2019-12-13 2024-04-02 株式会社电装 驻极体
CN113066905A (zh) * 2021-04-12 2021-07-02 山东大学 一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法

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