面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法
2023-09-12 21:11:45 6
專利名稱：面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法
技術領域：
本發明涉及納米操作領域，具體地說是一種面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法。
背景技術：
氧化鋅(Znic oxide，縮寫SiO)擁有半導體、光電、壓電、氣敏、透明導電和對人體無害等諸多優良特性，是一種重要的寬禁帶半導體功能材料。ZnO薄膜傳感器是現階段納米科技研究的熱點之一，其具有高靈敏度、高選擇性、高響應速度、小體積、低能耗等優點。一維ZnO納米材料有優越的電子輸運特性和良好的壓電效應特性，將納米線作為敏感元件，在納米線表面受到外力的作用下時會發生機械變形，由於ZNO壓電效應而產生表面電荷，測量電荷電勢的大小可準確辨別受到外力的大小。納米材料的精確定位、操控和組裝技術是納米器件製作的一個共性難題。採用一般的「由下至上」方法製作一維納米器件，由於納米材料隨機分布在襯底表面，給後續器件加工帶來很大的困難。實現單根和多根納米線的精確定位、操控和組裝，達到規則排列的目的是製作納米器件必須解決的技術難題，也是納米技術規模化、商業化應用的關鍵技術之
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發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種面向ZnO薄膜壓電傳感器製造的介電泳裝配技術。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為
一種面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，利用ZnO納米線作為敏感元件，利用ZnO納米線表面受到外力的作用下時會發生機械變形，形成壓電效應而產生表面電荷， 通過測量電荷電勢的大小準確辨別受到外力的大小，利用介電泳技術實現單根和多根SiO 納米線準確裝配到源極和漏極之間。所述ZnO經預處理；所述預處理方法為將酒精分析純溶液與ZnO混合，經超聲振蕩和脈衝後，實現ZnO有效分散，即完成預處理；
所述酒精溶液為99. 9%的分析純溶液；所述ZnO與酒精分析純溶液質量比為1000 1100 1 ；
所述預處理方法的具體步驟為將經混合好的ZnO酒精溶液放入超聲波振蕩器中超聲 60-90分鐘，加熱到30攝氏度，然後取出靜止1小時後得到均勻半透明溶液，待用； 所述超聲波振蕩頻率為2MHz，峰峰值電壓幅度為10V，電泳持續時間為5秒。在利用介電泳裝配ZnO過程中，電場所需的交變電壓信號及頻率通過探針施加，
3電泳參數如電壓、頻率、持續時間等都可根據實驗情況來調節與監控。在進行介電泳操作時，採用微量移液器取2微升預處理後的ZnO溶液，滴定到微電極間隙後，立即對該電極施加正弦交流信號，其頻率為1MHz，峰峰值電壓為10VP_P。本發明具有如下優點本發明採用介電泳技術，解決了 ZnO基納米器件有效裝配效率低的難題，具有不破壞ZnO本身物理、化學性質的特點，根據ZnO獨特的物理化學特性， 可測出各種力的微小變化；採用介電泳方法具有很高的可操作性與可重複性，為ZnO壓電傳感器的製造提供了新的可行技術途徑。
圖1為本發明ZnO壓電傳感器基本結構圖2為本發明ZnO在電場中受介電泳力驅動原理圖； 圖3為本發明ZnO經介電泳裝配後定向排列在基片上的照片。
具體實施例方式本發明的ZnO壓電傳感器基本結構如圖1所示；
圖2為本發明ZnO在電場中受介電泳力驅動原理圖；其原理為在一定頻率的空間非均勻電場作用下，ZnO會被極化而兩端出現大小相等但符號相反的電荷，形成偶極子，由於兩極所在位置的電場強度不同，造成粒子兩端的受力不相等，從而在正電場力的作用下沿著電場強度增大的方向遷移。實施例1 具體過程為
1.製備分散混合溶液將ZnO與純度為99.9%以上的酒精溶液質量精確配比為1000 1混合；
2.採用超聲波輔助分散將ZnO與酒精混合溶液放入試管中，並放入超聲波振蕩器中超聲60分鐘，超聲波振蕩頻率為2MHz，峰峰值電壓幅度為10V，電泳持續時間為5秒；加熱到30攝氏度，而後取出靜止1小時後得到均勻半透明溶液，待用；
3.實驗過程在利用介電泳裝配ZnO過程中，電場所需的交變電壓信號通過探針施加， 電泳參數如電壓、頻率、持續時間等都可根據實驗情況來調節與監控。在進行介電泳操作時，採用微量移液器取2微升預處理後的ZnO溶液，滴定到微電極間隙後，立即對該電極施加正弦交流信號，其頻率為1MHz，峰峰值電壓為10VP_P。實施例2 具體過程為
1.製備分散混合溶液將ZnO與純度為99.9%以上的酒精溶液質量精確配比為1100 1混合；
2.採用超聲波輔助分散將ZnO與酒精混合溶液放入試管中，並放入超聲波振蕩器中超聲90分鐘，超聲波振蕩頻率為2MHz，峰峰值電壓幅度為10V，電泳持續時間為5秒；加熱到30攝氏度，而後取出靜止1小時後得到均勻半透明溶液，待用；
3.實驗過程在利用介電泳裝配ZnO過程中，電場所需的交變電壓信號通過探針施加，電泳參數如電壓、頻率、持續時間等都可根據實驗情況來調節與監控。在進行介電泳操作時，採用微量移液器取2微升預處理後的ZnO溶液，滴定到微電極間隙後，立即對該電極施加正弦交流信號，其頻率為1MHz，峰峰值電壓為10VP_P。 圖3為本發明ZnO經介電泳裝配後定向排列在基片上的照片；從圖中裝配結果可以看出，ZnO整齊排列在電極間及電極上，說明介電泳在電場中對ZnO具有很強的驅動和排列能力。
權利要求
1.一種面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於利用ZnO納米線作為敏感元件，利用ZnO納米線表面受到外力的作用下時會發生機械變形，形成壓電效應而產生表面電荷，通過測量電荷電勢的大小準確辨別受到外力的大小，利用介電泳技術實現單根和多根ZnO納米線準確裝配到源極和漏極之間。
2.按權利要求1所述的面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於 所述ZnO經預處理；所述預處理方法為將酒精分析純溶液與ZnO混合，經超聲振蕩和脈衝後，實現ZnO有效分散，即完成預處理。
3.按權利要求2所述的面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於所述酒精溶液為99. 9%的分析純溶液；所述ZnO與酒精分析純溶液質量比為1000 1100 :1。
4.按權利要求2所述的面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於所述預處理方法的具體步驟為將經混合好的ZnO酒精溶液放入超聲波振蕩器中超聲60-90 分鐘，加熱到30攝氏度，然後取出靜止1小時後得到均勻半透明溶液，待用。
5.按權利要求4所述的面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於所述超聲波振蕩頻率為2MHz，峰峰值電壓幅度為10V，電泳持續時間為5秒。
6.按權利要求1所述的面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法，其特徵在於在利用介電泳裝配ZnO過程中，電場所需的交變電壓信號及頻率通過探針施加，電泳參數如電壓、頻率、持續時間等都可根據實驗情況來調節與監控；在進行介電泳操作時，採用微量移液器取2微升預處理後的ZnO溶液，滴定到微電極間隙後，立即對該電極施加正弦交流信號，其頻率為1MHz，峰峰值電壓為lOVp-p。
全文摘要
本發明涉及納米操作領域，公開一種面向ZnO壓電傳感器製造的介電泳裝配方法。將酒精分析純溶液與ZnO混合，經超聲振蕩和脈衝後，實現ZnO有效分散，即完成預處理。再利用介電泳技術實現對ZnO在微電極上的有效可控裝配。本發明提出的方法，對ZnO所具有的物理、化學性質不會產生任何破壞，可操作性與可重複性強，為ZnO壓電傳感器的製造提供了新的可行技術途徑。
文檔編號H01L41/22GK102485641SQ20101057471
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者田孝軍, 董再勵, 許可 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所