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帶隙會打開等一系列的優(yōu)點，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。但目前只報道了石墨烯壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)，相關(guān)實驗還發(fā)現(xiàn)傳感器性能不穩(wěn)定的情況。因此通過改進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)計此類傳感器時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