微型傳感器本體及其制造方法、微型傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及傳感器制造【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種微型傳感器本體及其制造方法，包括以下步驟：S1：在基板上涂布濕潤膠體材料形成膠體層，在膠體層的表面覆蓋一層一維納米線膜，形成傳感器胚體；S2：干燥傳感器胚體的膠體層，使膠體層開裂形成多個膠體島，一維納米線膜一部分收縮形成粘附在膠體島表面的收縮膜片，另一部分拉伸形成連接在相鄰收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的傳感器本體中，收縮膜片與連接結(jié)構(gòu)由一維納米線膜抻拉而成，兩者連接穩(wěn)定性好，提高傳感器件的穩(wěn)定性；使用裂化的方法，容易獲得大規(guī)模穩(wěn)定懸浮的連接結(jié)構(gòu)陣列傳感器本體。本發(fā)明還提供一種傳感器。
【專利說明】微型傳感器本體及其制造方法、微型傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種微型傳感器本體及其制造方法、微型傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著微納米技術(shù)的迅速發(fā)展，微尺度環(huán)境下的微小值測量逐漸受到重視，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制備的微型傳感器作為一種重要的測試工具，在微型機(jī)器人、微裝配系統(tǒng)等方面開始越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前基于碳納米管、金屬/半導(dǎo)體納米線的器件主要包括電子器件和傳感器等，其中，一種傳感器本體采用的是納米材料一維定向批量組裝。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中以碳納米管制成的傳感器本體，其制造方法是在基板I上加工出多個凸起2，在凸起2的上表面粘附電極片3，在相鄰的凸起2上的電極片3之間連接多根諧振梁，一般采用納米管4，使納米管4懸浮在凸起2之間的溝槽上方。或者是先在基板I上設(shè)置多個電極片3，在電極片3之間先連接多根納米管4然后通過刻蝕等方法在納米管4的下方刻蝕出溝槽。但是該種方法制靠的傳感器本體，納米管5僅僅依賴表面氧化層或者金屬電極對一維納米材料制成的納米管的末端粘附力，可能發(fā)生滑脫，常常不足以激發(fā)共振或者承載重物，器件結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性。此外，通過現(xiàn)有方法獲得大規(guī)模穩(wěn)定的諧振梁陣列懸浮的傳感器本體更是困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種傳感器本體及其制造方法，提高傳感器件的穩(wěn)定性，且容易獲得大規(guī)模穩(wěn)定的連接結(jié)構(gòu)陣列懸浮的傳感器本體；同時，本發(fā)明還提供一種微型傳感器。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種微型傳感器本體的制造方法，包括以下步驟:
[0008]S1:在基板上涂布濕潤膠體材料形成膠體層，在膠體層的表面覆蓋一層一維納米線膜，形成傳感器胚體；
[0009]S2:干燥傳感器胚體的膠體層，使膠體層開裂形成多個膠體島，一維納米線膜一部分收縮形成粘附在膠體島表面的收縮膜片，另一部分拉伸形成連接在相鄰收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)。
[0010]其中，所述步驟S2包括:將傳感器胚體放置在干燥器中，調(diào)節(jié)干燥溫度和干燥壓力，使干燥溫度保持在O?260°C，干燥壓力保持在O?lOMPa。
[0011]其中，步驟SI之前還包括步驟S10，在基板的表面上刻蝕出所需要的凹槽圖案。
[0012]其中，所述濕潤膠體材料包括膠粒和溶劑。
[0013]其中，所述膠粒采用寬帶隙半導(dǎo)體材料。
[0014]其中，所述寬帶隙半導(dǎo)體材料為二氧化鈦、硫化鉍或硫化鎘。
[0015]其中，所述溶劑采用有機(jī)溶劑。
[0016]其中，其特征在于，所述一維納米線膜由纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。
[0017]其中，所述半導(dǎo)體材料為碳納米纖維、納米碳帶、碳納米管或GaP、InP半導(dǎo)體納米線；所述金屬材料為鉬、銀金屬納米線。
[0018]其中，所述一維納米線膜通過化學(xué)氣相反應(yīng)、真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍或納米半導(dǎo)體生長工藝制成。
[0019]本發(fā)明還提供一種微型傳感器本體，由上述所述的微型傳感器本體的制造方法制成，其包括:基板，貼附在所述基板上的多個膠體島和貼附在多個所述膠體島上的觸發(fā)網(wǎng)，所述觸發(fā)網(wǎng)包括多個粘附在所述膠體島表面的收縮膜片以及連接在相鄰收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)。
[0020]其中，所述觸發(fā)網(wǎng)由纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。
[0021]其中，所述膠體島由二氧化鈦、硫化鉍或硫化鎘材料制成。
[0022]其中，所述基板為硅片、玻璃板或者印刷電路板。
[0023]其中，所述基板設(shè)有凹槽圖案。
[0024]本發(fā)明還提供一種微型傳感器，該微型傳感器包括上述所述的微型傳感器本體。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供的微型傳感器本體及其制造方法，本發(fā)明的傳感器本體中，收縮膜片與連接結(jié)構(gòu)由一維納米線膜抻拉而成，兩者連接穩(wěn)定性好，提高傳感器件的穩(wěn)定性；使用裂化的方法，容易獲得大規(guī)模穩(wěn)定懸浮的連接結(jié)構(gòu)陣列傳感器本體。進(jìn)一步的，通過選用一維納米線膜和膠體材料可以制成光、溫度、氣流傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的傳感器本體的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例的傳感器本體的制造方法的實施例1的傳感器胚體的示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例的傳感器本體的制造方法的實施例1的傳感器本體的示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例的傳感器本體的制造方法的實施例2的基板的示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明實施例的傳感器本體的制造方法的實施例2的傳感器本體的示意圖。
[0032]圖中，1:基板；2:凸起；3:電極片；4:納米管；10:基板；11:凹槽；20 父體層；21:膠體島；30:—維納米線膜；31:觸發(fā)網(wǎng)；32:收縮膜片；33:連接結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0034]實施例1
[0035]本發(fā)明的微型傳感器本體的制造方法，包括以下步驟:
[0036]步驟S1:在光滑的基板10上涂布濕潤膠體材料形成膠體層20 ;在膠體層20的表面覆蓋一層一維納米線膜30，形成傳感器胚體。參照圖2所示，基板10采用硅片、玻璃板或者印刷電路板，基板的上表面為平滑的表面，在基板10的表面涂布濕潤膠體材料，形成膠體層20，將一整塊平整的一維納米線膜30鋪設(shè)在膠體層20的表面，形成傳感器胚體。濕潤膠體材料可以采用任何在干燥后形成裂塊的膠體材料制成。優(yōu)選的，濕潤膠體材料包括膠粒和溶劑，本實施例中，將膠粒與溶劑混合浸潤后形成濕潤膠體材料。采用二氧化鈦、硫化鉍或硫化鎘等寬帶隙半導(dǎo)體材料制成，溶劑采用有機(jī)溶劑，如采用甲醇、乙醇、異丙醇等。一維納米線膜30采用纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。具體的，半導(dǎo)體材料為碳納米纖維、納米碳帶、碳納米管或GaP、InP半導(dǎo)體納米線；金屬材料為鉬、銀金屬納米線。本實施例中，一維納米線膜30采用碳納米管材料制成，并通過化學(xué)氣相反應(yīng)、真空蒸發(fā)、濺射、水熱合成、離子鍍或納米半導(dǎo)體生長工藝制成。
[0037]步驟S2:干燥傳感器胚體的膠體層20，使膠體層20開裂形成多個膠體島21，一維納米線膜30 —部分收縮形成粘附在膠體島21表面的收縮膜片32，另一部分拉伸形成連接在相鄰收縮膜片32之間的連接結(jié)構(gòu)33，形成傳感器本體。干燥傳感器胚體的膠體層20可以采用自然干燥，也可以在干燥器中進(jìn)行干燥。具體的，本實施例的具體步驟如下:將傳感器胚體放置在干燥器中，調(diào)節(jié)干燥溫度和干燥壓力，使干燥溫度保持在O?260°C，干燥壓力保持在O?lOMPa，干燥2?5小時。在干燥的過程中，濕潤膠體材料中的有機(jī)溶劑會浸潤到一維納米線膜30中，并滲入它的網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)溶劑揮發(fā)，膠體層20隨即分裂成眾多的小裂塊，每個小裂塊繼續(xù)收縮形成膠體島21。膠體層20表面上的一維納米線膜30在膠體層20分裂的過程中，一部分粘附在小裂塊的表面，隨著小裂塊收縮，收縮形成粘附在膠體島21表面的收縮膜片32 ;另一部分連接在相鄰小裂塊之間，受到小裂塊之間收縮的拉伸作用，該部分一維納米線膜30被拉伸抻直,形成連接結(jié)構(gòu)33,連接結(jié)構(gòu)33連接在相鄰的收縮膜片32之間，懸浮于膠體島21之間。即如圖3所示，整個一維納米線膜30裂化成包括多個收縮膜片32和連接結(jié)構(gòu)33的觸發(fā)網(wǎng)31。
[0038]上述步驟SI和步驟S2生產(chǎn)出來的傳感器本體，具有多個收縮膜片，在使用過程中，可以將相鄰的膠體島上的收縮膜片連接作為傳感器本體，也可以將整個觸發(fā)網(wǎng)上兩端上的收縮膜片連接作為傳感器本體。
[0039]在不同的使用使用條件下，需要調(diào)節(jié)膠體島21之間的溝槽的寬度，此時，可以通過調(diào)節(jié)一維納米線膜30的厚度來進(jìn)行調(diào)節(jié)，一維納米線膜30與膠體層20的厚度比為1/30?1/200。連接結(jié)構(gòu)懸浮陣列密度過大，彼此間會產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，降低場增強(qiáng)因子，連接結(jié)構(gòu)過于稀疏則場發(fā)射面積小，也不利于增大場發(fā)射電流。因此，需要通過調(diào)節(jié)一維納米膜30的厚度、干燥溫度、干燥壓力等參數(shù)，從而控制膠體層的開裂程度，調(diào)節(jié)膠體島21之間的距離。
[0040]實施例2
[0041]本實施例與實施例1基本相同，所不同之處在于:在步驟SI之前，還包括步驟S10，在基板10的表面上事先刻蝕出所需的凹槽圖案。如圖4所示，在基板10的表面上刻蝕出9個凹槽11，并設(shè)定相鄰凹槽之間的距離D。在基板10上涂布膠體材料形成膠體層20，在膠體層20上粘附一層一維納米線膜30，制成傳感器胚體。在胚體干燥的過程中，凹槽上的膠體層20的厚度較大，收縮較慢，其他部分收縮較快，膠體層20沿著凹槽圖案開裂，如圖5所示，膠體層20開裂形成9個膠體島21，一維納米線膜30隨之分裂成9個收縮膜片。通過設(shè)置凹槽圖案，使得膠體島21的數(shù)量、位置以及膠體島距離進(jìn)一步可控，能夠有效提高制作效率，降低制作成本。凹槽的深度很小，優(yōu)選為微米級或者納米級深度。同時，凹槽的面積不能過大，避免在凹槽內(nèi)形成多個開裂的膠體島。凹槽的深度和面積的臨界大小由具體所采用的材料以及干燥環(huán)境決定，可以通過有限次實驗獲得，在此不再一一贅述。
[0042]本發(fā)明利用膠體收縮形成膠體島，膠體島將原本無序纏繞的一維納米線膜抻直形成觸發(fā)網(wǎng)，觸發(fā)網(wǎng)具有多個收縮膜片和連接在收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)懸浮在膠體島之間的溝槽之上，且連接結(jié)構(gòu)在整個基板上呈現(xiàn)陣列排布，保證了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。本方法可以大規(guī)模制備連接結(jié)構(gòu)陣列懸浮的傳感器本體。本發(fā)明的溶劑采用有機(jī)溶劑，使一維納米線膜30更好地被有機(jī)溶劑浸潤，干燥后能與膠體島21的表面牢固結(jié)合。
[0043]以下提供幾種具體制造實施方式:
[0044]采用上述實施例1或2所述的微型傳感器本體的制造方法制造傳感器本體。如果一維納米線膜本身對光吸收較強(qiáng)，那么連接結(jié)構(gòu)自然也具有較強(qiáng)的光響應(yīng)；反之，若一維納米線膜本身光吸收較弱，則利用光吸收強(qiáng)的膠體材料來增強(qiáng)光響應(yīng)。優(yōu)先選用本身在可見光波段有較寬吸收區(qū)的寬帶隙半導(dǎo)體材料制備膠體，二氧化鈦、硫化鉍或硫化鎘等等。將寬帶隙半導(dǎo)體材料制成量子點，量子點的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)使納米粒子具有同種材質(zhì)的本體材料和單個分子所不具備的新的光學(xué)、電學(xué)特性，能夠制成光傳感器。
[0045]采用上述實施例1或2所述的微型傳感器本體的制造方法制造傳感器本體。其中，一維納米線膜采用碳納米管制成，膠體材料采用普通材質(zhì)。在通電流時，一維納米材料的軸向?qū)嵯禂?shù)較高，焦耳熱效應(yīng)導(dǎo)致電阻變化，觸發(fā)網(wǎng)傳輸?shù)碾娦盘柊l(fā)生變化，實時響應(yīng)溫度變化，可以制成溫度傳感器。
[0046]采用上述實施例1或2所述的微型傳感器本體的制造方法制造傳感器本體。一維納米線膜使用碳納米線制成，懸浮的連接結(jié)構(gòu)的兩端連接在收縮膜片上，收縮膜片粘附在膠體島的表面，十分牢固，不會滑脫。懸浮的連接結(jié)構(gòu)在氣流作用下會發(fā)生彈性形變，形變拉伸過程中受到較強(qiáng)的軸向應(yīng)力。一維納米材料受到拉伸時電阻會有一定程度的變化，由觸發(fā)網(wǎng)傳輸?shù)碾娦盘柈a(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此，可以制成氣流傳感器。
[0047]由此可知，選擇不同材料制成微型傳感器本體，甚至可以制成具有對光、力、熱三重響應(yīng)的復(fù)合傳感器。
[0048]如圖3所示，本發(fā)明還提供微型傳感器本體，該傳感器本體由上述所述的微型傳感器本體的制造方法制成，其包括:基板10、貼附在基板10上的多個膠體島21和貼附在多個膠體島21上的觸發(fā)網(wǎng)31。觸發(fā)網(wǎng)31包括多個粘附在膠體島21表面的收縮膜片32以及連接在相鄰收縮膜片32之間的連接結(jié)構(gòu)33。
[0049]如前述的微型傳感器本體的制造方法所述，觸發(fā)網(wǎng)31優(yōu)選由纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。膠體島21優(yōu)選由二氧化鈦、硫化鉍或硫化鎘材料制成?；?0優(yōu)選為硅片、玻璃板或者印刷電路板。基板10設(shè)有凹槽圖案，每個凹槽圖案具有多個凹槽，每個凹槽中具有一個膠體島21。
[0050]本發(fā)明的微型傳感器本體，收縮膜片32作為電極，連接結(jié)構(gòu)33作為諧振梁，收縮膜片32和連接結(jié)構(gòu)33為一體結(jié)構(gòu)，且收縮膜片32粘附在膠體島21的表面，穩(wěn)定性好。
[0051]本發(fā)明還提供一種微型傳感器，該微型傳感器使用上述所述的傳感器本體制成。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:在基板上涂布濕潤膠體材料形成膠體層，在膠體層的表面覆蓋一層一維納米線膜，形成傳感器胚體； S2:干燥傳感器胚體的膠體層，使膠體層開裂形成多個膠體島，一維納米線膜一部分收縮形成粘附在膠體島表面的收縮膜片，另一部分拉伸形成連接在相鄰收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述步驟S2包括:將傳感器胚體放置在干燥器中，調(diào)節(jié)干燥溫度和干燥壓力，使干燥溫度保持在O?260°C，干燥壓力保持在O?lOMPa。
3.如權(quán)利要求1所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，步驟SI之前還包括步驟S10，在基板的表面上刻蝕出所需要的凹槽圖案。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述濕潤膠體材料包括膠粒和溶劑。
5.如權(quán)利要求4所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述膠粒采用寬帶隙半導(dǎo)體材料。
6.如權(quán)利要求5所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體材料為二氧化鈦、硫化秘或硫化鎘。
7.如權(quán)利要求4所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述溶劑采用有機(jī)溶劑。
8.如權(quán)利要求1至3任一項所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述一維納米線膜由纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。
9.如權(quán)利要求8所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料為碳納米纖維、納米碳帶、碳納米管或GaP、InP半導(dǎo)體納米線；所述金屬材料為鉬、銀金屬納米線。
10.如權(quán)利要求1至3任一項所述的微型傳感器本體的制造方法，其特征在于，所述一維納米線膜通過化學(xué)氣相反應(yīng)、真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍或納米半導(dǎo)體生長工藝制成。
11.一種微型傳感器本體，其特征在于，包括:基板，貼附在所述基板上的多個膠體島和貼附在多個所述膠體島上的觸發(fā)網(wǎng)，所述觸發(fā)網(wǎng)包括多個粘附在所述膠體島表面的收縮膜片以及連接在相鄰收縮膜片之間的連接結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的微型傳感器本體，其特征在于，所述觸發(fā)網(wǎng)由纖維狀、管狀的金屬材料或半導(dǎo)體材料制成。
13.如權(quán)利要求11所述的微型傳感器本體，其特征在于，所述膠體島由二氧化鈦、硫化秘或硫化鎘材料制成。
14.如權(quán)利要求11所述的微型傳感器本體，其特征在于，所述基板為硅片、玻璃板或者印刷電路板。
15.如權(quán)利要求11所述的微型傳感器本體，其特征在于，所述基板設(shè)有凹槽圖案。
16.—種微型傳感器,其特征在于,該微型傳感器包括權(quán)利要求11至15任一項所述的微型傳感器本體。
【文檔編號】G01D21/00GK104296799SQ201410601932
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】季春燕, 楊添 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司