一種改性碳納米管溫度傳感器的製造方法
2023-09-23 00:26:40
一種改性碳納米管溫度傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種改性碳納米管溫度傳感器，包括傳感單元結構，其特徵是：傳感單元結構由基底Si，絕緣層SiO2，電極和改性碳納米管組成，改性碳納米管在電極之間與電極相連。該溫度傳感器的度傳感單元是有改性碳納米管制備而成的場效應發射管，其利用改性碳納米管的溫度導電效應來檢測溫度的變化。
【專利說明】一種改性碳納米管溫度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器，尤其涉及一種基於改性碳納米管作為溫度檢測單元的溫度傳感器。
【背景技術】
[0002]傳感器作為我們所熟知的器件，它與我們的生活息息相關，已經被廣泛應用於各大領域。溫度傳感器便是其中一種被大範圍使用，滲透到我們生活每一個角落的器件。然而，溫度傳感器的可靠性對傳感器整個體系至關重要，溫度傳感器的失效甚至會帶來一系列安全問題。目前溫度傳感器的大部分傳感單元都是熱敏電阻和熱電偶，另外也有些利用光電效應與熱電效應製成。但是目前現有的傳感器大部分都存在許多問題，如:機械性能強度不高，易被腐蝕，重複性不夠，遲滯現象和老化現象嚴重，造價成本高等。隨著社會的不斷進步，科技的不管發展，目前各領域對溫度傳感器的要求也越來越高。在軍事、航天航空以及醫療等領域，對溫度傳感器的可靠性提出了極其嚴苛的要求，必須有很小的遲滯現象和極高的靈敏度；在農業、氣象方面，溫度傳感器長期處於嚴峻的環境，這勢必要求溫度溫度傳感器有出色的抗老化能力；另一方面，在數碼產品方面，目前元器件都朝超小型化發展，溫度傳感器的小型化也成為其目前的重要研究議題。所以探索一種新型的溫度溫度傳感器，使其具有叫較高的機械性能，較強的抗腐蝕性能，較高的靈敏度和較低的遲滯現象，並且能使溫度傳感器小型化具有重大的意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種基於改性碳納米管作為溫度檢測單元的溫度傳感器。該溫度傳感器的度傳感單元是有改性碳納米管制備而成的場效應發射管，其利用改性碳納米管的溫度導電效應來檢測溫度的變化。
[0004]實現本發明目的的技術方案是:
一種改性碳納米管溫度傳感器的傳感單元結構，由基底Si，絕緣層S12,電極和改性碳納米管組成，改性碳納米管在電極之間與電極相連。
[0005]所述碳納米管為圍柵結構的場效應管元件；
所述碳納米管為N型碳納米管場效應管(CNTFET)；
所述碳納米管，其修飾的官能團為羥基；
本發明原理是:以羥基修飾的碳納米管具有良好的導熱導電特性，其導電性會隨著溫度的變化而變化。利用這種改性碳納米管的溫度導電性質，本專利提出了一種以羥基修飾的改性碳納米管為傳感單元，其單元採用圍柵結構的溫度傳感器，這種傳感器具有較高的可靠性與靈敏度。
[0006]本發明的優點在於:以羥基修飾的改性碳納米管為傳感單元，從而使溫度傳感器具有較高的機械強度，較好的導電性能，不易被腐蝕，減少碳納米管溫度傳感器的遲滯與老化現象。傳感單元採用圍柵結構，整個碳納米管的都被柵極包圍，這顯著提高了器件的電特性，降低了漏電流，提升了 on/off rat1。因此，以羥基修飾的改性碳納米管溫度傳感器具有很高的可靠性和靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1本發明的立體結構示意圖；
圖2本發明傳感單元圍柵單元結構示意圖；
圖3本發明顯微鏡下的傳感單元圍柵單元示意圖；
圖4本發明N型碳納米管場效應發射管工作原理示意圖；
圖5本發明以羥基修飾的帶有2個官能團的改性碳納米管溫度導電特性示意圖；
圖6本發明中以羥基修飾的帶有10個官能團的改性碳納米管帶隙與溫度之間的關係示意圖。
【具體實施方式】
[0008]下面將結合附圖和實施例進一步對本發明作詳細闡述。
[0009]本發明是一種基於改性碳納米管作為溫度檢測單元的溫度傳感器，具體實施過程如下:
I)為了提高碳納米管溫度傳感器的靈敏度和可靠性，本發明中傳感單元利用了場效應管元件。如圖1所示，典型的碳納米管場效應管是一個三端器件，包括基地(Si) 1、絕緣層(Si02)2、電極和碳納米管5，其中碳納米管5連接源極4和漏極3，形成電荷通道，通道開關由柵極6控制。當一個電場加在碳納米管5場效應管器件兩端時，一個自由電荷就從碳納米管5的源極4端到漏極3端產生。本實例中採用以羥基修飾的改性碳納米管5作為連接的半導體。
[0010]2)為了提高碳納米管5溫度傳感器的靈敏度和可靠性，本發明中場效應管採用的是圍柵結構，如圖2所示。一般源漏間距為100 nm，利用原子層沉積ALP法製備10 nm的Al2O3，柵極6以外的氮化鎢(WN)7和Al2O3 8利用溼法腐蝕去除。可以看到，整個碳納米管的都被柵極6包圍，這顯著提高了器件的電特性，降低了漏電流，提升了 on/off rat1。
[0011]3)如圖3所示，為顯微鏡下刻度為200nm的圍柵結構示意圖。利用碳納米管制成的場效應管，可以使傳感單元以及整體溫度傳感器的外形實現超小型化。
[0012]4)本發明採用了 N型的碳納米管場效應管。如圖4所示，Pd的功函數是5.13 eV，大於碳納米管的功函數4.8 eV，這時源電極費米能級的位置將接近碳納米管的價帶能級。這種能帶結構對空穴的勢壘很低，有利於空穴從電極注入到碳納米管中。當門電壓加負電壓時，碳納米管的能帶上移，減小了源電極與碳納米管之間勢壘的厚度，增大了空穴從電極到碳納米管的隧穿概率。
[0013]5)本發明的碳納米管才有一種以羥基修飾的改性碳納米管。為此，本發明提供這種碳納米管的溫度導電特性，如圖5所示。5a和5b分別為帶有2個羥基和10個羥基的改性碳納米管的溫度一帶隙圖，可以看到，在273-373 (K)的溫度範圍內，其帶隙隨著溫度的升高二升高，其導電性降低。利用這一溫度導電性質，結合碳納米管優良的機械、電化學性質，將其運用到溫度傳感器中，能有效地提高溫度傳感器的靈敏度與可靠性。
【權利要求】
1.一種改性碳納米管溫度傳感器，包括傳感單元結構，其特徵是:傳感單元結構由基底Si，絕緣層S12,電極和改性碳納米管組成，改性碳納米管在電極之間與電極相連。
2.根據權利要求1所述的改性碳納米管溫度傳感器，其特徵是:所述碳納米管為圍柵結構的場效應管元件。
3.根據權利要求1所述的改性碳納米管溫度傳感器，其特徵是:所述碳納米管為N型碳納米管場效應管(CNTFET )。
4.根據權利要求1所述的改性碳納米管溫度傳感器，其特徵是:所述碳納米管，其修飾的官能團為羥基。
【文檔編號】G01K7/01GK104501982SQ201410791769
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】陳顯平, 楊寧, 楊道國, 張平, 蔡苗 申請人:桂林電子科技大學