低量程高灵敏度压力传感器的设计及应用研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP212密级：公开UDC：621.3学号：151270低量程高灵敏度压力传感器的设计及应用研究研究生姓名：夏云汉导师姓名：聂萌申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年月日二级学科名称微电子与固体电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席秦明评阅人秦明刘清惓2018年6月8日硕士学位论文低量程高灵敏度压力传感器的设计及应用研究专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：夏云汉导师姓名：聂萌DESIGNANDAPPLICATIONOFLOWRANGEANDHIGHSENSITIVITYPRESSURESENS

2、ORAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYXiaYunhanSupervisedbyNieMengSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityMay2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证

3、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办

4、理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要目前，微压传感器已被广泛应用于航空、航天、海洋、化工、医疗等领域，为这些领域重要参数的精确检测和测量提供了可靠的数据支持。但是，微压传感器普遍存在灵敏度低的问题，因此，研究如何提高微压传感器的灵敏度具有重要意义。传统的MEMS微压力传感器通常是以压阻式、电容式或谐振式原理设计的硅基压力传感器为主，随着以石墨烯为代表的新材料出现，由于石墨烯材料表现出优良的受压变阻值特性，使之在压力传感器领域的应用成为可能。研究石墨烯材料如何应用在压力传感器中及其特性分析，成为了新的研究方向。本论文利用石墨烯材料的力学特性，设计并制备了石墨烯微压力传感器，主要工作

5、分为以下四个部分：(1)由于用氧化还原法制备石墨烯薄膜具有简单易行、成本低廉等特点，所以本次采用氧化还原法制备出用于压感薄膜的石墨烯材料，还原剂采用氢碘酸溶液。用该方法制备出来的石墨烯薄膜形状保持完好,薄膜十分平整。(2)传统硅微压传感器通常用腐蚀液（如TMAH溶液）在硅衬底背部进行各项异性的腐蚀，形成背部掏腔的结构。本论文传感器的设计采用衬底正面掏腔，并形成氮化硅支撑薄膜结构。(3)传统硅压阻式压力传感器一般采用单一的空腔结构，本论文传感器设计了10×10空腔阵列结构，对传统硅压阻式压力传感器结构进行了改进，提高了传感器的灵敏度。(4)最后对制备出的石墨烯微压力传感器进行了一系列测

6、试，包括传感器的性能测试和灵敏度测试。从测试结果来看，该石墨烯微压力传感器具有较好的稳定性。同时，其灵敏度可以达到10-5mbar-1数量级，最高灵敏度可以达到2.4×10-4mbar-1。关键词：MEMS，石墨烯，压力传感器，低量程，灵敏度IAbstractAbstractAtpresent,themicropressuresensorhasbeenwidelyusedinaviation,aerospace,Marine,chemical,medicalandotherfields,providingprecisiontestingandreliabledatasupportfo

7、rthesefield.However,thesensitivityofmicropressuresensorsisgenerallylow.Therefore,howtoimprovethesensitivityofmicropressuresensorsisofgreatsignificanceTraditionalMEMSdesignofsiliconpressuresensorisusuallyinpiezoresistivepressuresen