懸浮型石墨烯壓力傳感器仿真研究.pdf

1、石墨烯薄膜具有高強(qiáng)度、2D屬性、高的電子遷移率、對氣體具有不可穿透性、零帶隙且受到一定壓力時(shí)帶隙會打開等一系列的優(yōu)點(diǎn)，可作為微型壓力傳感器的敏感材料。與傳統(tǒng)的Si薄膜作為敏感材料的懸浮型微型壓力傳感器相比，用石墨烯來作為敏感材料的傳感器，其性能更加優(yōu)異，具有高靈敏、大量程、納米級的特點(diǎn)。但目前只報(bào)道了石墨烯壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)傳感器性能不穩(wěn)定的情況。因此通過改進(jìn)懸浮型石墨烯壓力傳感器的結(jié)構(gòu)來提高器件性能是解決石墨烯傳感器

2、應(yīng)用問題的關(guān)鍵。
　　本文首先運(yùn)用半導(dǎo)體物理電阻率相關(guān)知識分析石墨烯的壓阻特性，研究應(yīng)變、帶隙、載流子密度及遷移率對石墨烯電阻率的影響，并結(jié)合緊束縛模型和哈密頓算符解釋石墨烯帶隙的打開，利用線性玻爾茲曼方程的準(zhǔn)確解法來研究石墨烯中載流子遷移率與能帶的關(guān)系。綜合這些因素的影響發(fā)現(xiàn)石墨烯的電阻是隨著壓力的增大而增大的。再利用有限元仿真軟件針對現(xiàn)有的兩種壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)，變換一般型和高靈敏型的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對比優(yōu)化傳感器性能。仿真結(jié)果顯示一

3、般型傳感器中圓形空腔的靈敏度最高，且面積越大靈敏度就越高，而高靈敏型傳感器中上項(xiàng)板與圓柱支腿的接觸面積比越大靈敏度就越高。針對壓阻式傳感器穩(wěn)定性差的情況，從減少影響因素出發(fā)設(shè)計(jì)出電容式壓力傳感器，并改變結(jié)構(gòu)參數(shù)研究其變化對傳感器性能的影響，仿真后發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)此類傳感器時(shí)減小電容極板間距和增大極板正對面積將有利于提高傳感器性能。
　　以上結(jié)果顯示，通過有限元仿真方法設(shè)計(jì)并優(yōu)化了性能優(yōu)異的懸浮型石墨烯壓力傳感器，本文利用仿真手段所得的石