[发明专利]热防护温度传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于二维纳米材料热防护的温度传感器及其制备方法，属于技术领域，包括衬底；设置在衬底上的栅电极；介电层，所述介电层一部分设置在衬底上，另一部分设置在栅电极上；设置在衬底上的源电极和漏电极；设置在介电层上的底部热防护薄膜；设置在底部热防护薄膜和源电极、漏电极上的外界温度敏感层；顶部热防护薄膜，所述顶部热防护薄膜一部分设置在衬底上，另一部分设置在所述外界温度敏感层上。本发明可以在较低成本下批量制造高温传感器；该传感器本质上属于MEMS传感器范畴，具有MEMS传感器基本的特性，并可以应用于高温环境下的传感，极大的发挥二维薄膜材料优异的电学特性，为高温环境下新型结构的微型传感器的设计与制造奠定了基础。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯或其他二维纳米材料的热防护温度传感器及其制备方法。

背景技术

随着“物联网”、“人工智能”等概念的发展与普及，人们对数据量的需求与日俱增，传感器作为数据采集的端口，已经应用于生活的方方面面。研究人员在不断追求传感器灵敏度、稳定性、精确度等常用指标的同时，更加注重其应用范围的扩展，希望将传感器运用于极端环境中(高温高压强辐射等)。以高温环境为例，目前以热电偶为主流的测温元件，存在体积大、精度低、成本高等缺点。MEMS传感器具有体积小、集成度高，与IC设计工艺兼容，可批量化生产，成为人们研究的热点。

高性能传感器的发展依赖于敏感材料的技术革新与发展。除了早期的半导体材料、陶瓷材料、光导纤维外，单晶硅成为了MEMS传感器主流的敏感材料，但是硅材料在大于500℃时会发生严重的塑性变形，不能满足高温等极端环境下测试的需求。近年来，随着智能材料的不断发展，以石墨烯、二硫化钼、黑磷为代表的新型二维纳米薄膜材料因其独特的结构特点，拥有优异的电学、热学、力学性能。例如，二维纳米薄膜材料超大的比表面积使得传感元件具有更高的灵敏度；此外，二维纳米薄膜材料受到光、热、力等环境因素的刺激，会引起内部载流子迁移率的变化，从而引起电学性能的改变，有利于实现新型MEMS传感器的研发。

新器件结构是MEMS传感器发展的另一个方向。现有MEMS传感器大多采用硅薄膜、质量块的结构通过压阻、电容、谐振或光电结构等原理来实现物理量的测量，通过引入外围电路来对采集的信号进行放大，同时会将噪声信号放大，降低了传感器的精确度。常规的传感器敏感材料往往直接与空气接触，空气中的O₂、H₂O、N₂等杂质粒子会对二维纳米薄膜材料进行掺杂，严重影响材料的热学、力学和电学性能。此外，石墨烯等二维纳米薄膜材料在高温环境下会与O₂发生化学反应，从而裂解失效。上述问题都对设计新型传感器件结构提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯或其他二维纳米材料的热防护温度传感器及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种热防护温度传感器，包括：

衬底；

设置在衬底上的栅电极；

介电层，所述介电层一部分设置在衬底上，另一部分设置在栅电极上；

设置在衬底上的源电极和漏电极；

设置在介电层上的底部热防护薄膜；

设置在底部热防护薄膜和源电极、漏电极上的外界温度敏感层；

顶部热防护薄膜，所述顶部热防护薄膜一部分设置在衬底上，另一部分设置在所述外界温度敏感层上。

优选的，所述衬底的制作材料为Al₂O₃或SiC。

优选的，所述外界温度敏感层的制作材料为石墨烯或其他二维纳米材料。