[实用新型]基于二硒化钨的微型压阻式应力传感器

说明书

基于二硒化钨的微型压阻式应力传感器，结构从上到下依次为氮化硼层、金属电极、二硒化钨层和柔性基底；二硒化钨层两端与金属电极相连；二硒化钨层的上表面被氮化硼层完全覆盖；所述二硒化钨层为二维材料，即厚度方向仅有单层原子或少数几层原子，少数几层为1‑10层；本实用新型采用二硒化钨作为核心敏感材料，利用二硒化钨对应力敏感的特性(压阻特性)进行应力检测，氮化硼作为保护层，使应力传感器的抗弯折能力强、具有较大的量程、灵敏度高、体积小、易加工、长期稳定性好等特点。

技术领域

本实用新型涉及MEMS技术领域,特别涉及基于二硒化钨的微型压阻式应力传感器，采用二硒化钨作为核心敏感材料，利用其压阻特性进行应力检测。

背景技术

传统压阻式应力传感器通常采用金属或者硅作为核心敏感材料。金属材料的压阻效应主要依靠自身几何尺寸的改变，因此应变系数非常小，灵敏度差；硅的应变系数远大于金属，但是断裂应变小，在大形变下容易发生断裂，因此能够测量的应力范围较小。

随着微电子工艺的发展，一种基于微机电系统(MEMS)的微型压阻式应力传感器愈来愈多逐步发展。它的功耗极低、抗干扰能力强、体积小，可实现局部位置应力/应变的精确检测。目前，微型压阻式应力传感器的核心敏感材料主要包括纳米线(纳米管)、石墨烯、聚乙烯等纳米材料。然而这些材料有的制备困难(例如纳米线、纳米管)，不易实现大规模产业化，有的应变系数较小，导致测量应力的灵敏度较差。

二维材料(厚度方向仅有单层原子或少数几层原子的材料)二硒化钨的断裂应变大，抗弯折能力强，可以测量的应力范围大。Hosseini Manouchehr等人理论研究表明，二硒化钨的应变系数高(～3000)[Hosseini Manouchehr,et al. Very large strain gaugesbased on single layer MoSe₂ and WSe₂ for sensing applications,Applied PhysicsLetters,2015,107,253503.]，对应力异常敏感，灵敏度高。此外，二硒化钨可以通过化学气相沉积法实现大面积制备，具备大规模生产与实用化的潜力。二硒化钨作为压阻式应力传感器敏感材料的一个理想选择，进而其二硒化钨微型压阻式应力传感器具有良好的应用前景，有望应用于柔性可穿戴式设备，实现人体运动检测、体征指标(呼吸、脉搏) 检测等功能。截止目前，尚未见有二硒化钨微型压阻式应力传感器的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提出基于二硒化钨的微型压阻式应力传感器，利用二硒化钨材料优良的压阻特性和机械特性，即应变系数大且不易断裂，能够提高现有应力传感器的灵敏度与检测范围；由于二硒化钨材料如果长期暴露在空气中，氧气、水蒸汽等中会使其电学特性逐渐退化，因此采用氮化硼作为保护层，覆盖在二硒化钨表面，可以提升二硒化钨压阻式应力传感器的长期稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下方法实现的：

基于二硒化钨的微型压阻式应力传感器，其特征在于，结构从上到下依次为氮化硼层1-1、金属电极1-2、二硒化钨层1-3和柔性基底1-4；二硒化钨层 1-3两端与金属电极1-2相连；二硒化钨层1-3的上表面被氮化硼层1-1完全覆盖。

所述氮化硼层1-1为二维材料，即厚度方向仅有单层原子或少数几层原子，少数几层为1-10层。

所述金属电极1-2材料选用Au、Ag、Cu、Al、Pt中的任意一种，厚度为20-200 纳米。

所述二硒化钨层1-3为二维材料，即厚度方向仅有单层原子或少数几层原子，少数几层为1-10层。

本实用新型的有益效果是：

(1)传感器具有极高的灵敏度