新型高度灵敏压力传感器可克服现有传感器的局限
可检测压力微小变化的微观传感器具有许多应用，特别是在机器人和健康监测可穿戴设备的开发中。然而，大多数现有的基于电容和基于晶体管的压力传感器都具有许多限制，包括灵敏度低，响应速度慢，功耗高以及稳定性差等。加利福尼亚大学和湖南大学的研究人员最近提出了一种新的方法，用于开发高灵敏度的压力传感器，可克服现有压力传感器的一些局限性。
论文截图，资料图
他们的方法发表在《Nature Electronics》上的论文中，涉及将导电微结构气隙门（CMAG）与2-D半导体晶体管集成在一起。
进行这项研究的研究人员之一Yun-Chiao Huang介绍：“我一直对实际应用比对理论研究更感兴趣。在加州大学洛杉矶分校的第一年，Duan教授鼓励我探索不同的领域并找到我最喜欢的主题。阅读了许多论文后，我对压力感测应用感兴趣并开始对其进行实验。”
Huang和她的同事们通过将CMAG与2-D半导体晶体管集成在一起来制造压力传感器，因为他们发现这种设计提高了其传感性能。这个想法是在一次小组会议上向他们提出的，在该小组会议上，Huang发表了她的一些研究发现。
Huang说：“我们认为，如果我们能够创造“真正的”微结构化气隙，以克服传统微结构化设备中弹性体的粘弹性行为，并将其与2-D晶体管集成在一起，我们的传感器将表现出更高的压力敏感性和更快的响应速度。这将有利于广泛的实际应用，例如声波检测，压力映射，健康监测等。”
在研究人员开发的传感器中，CMAG会产生微结构的气隙，而不会导致不良的粘弹性行为，这在更常规的设备中的弹性体中可以观察到。这最终导致更高的灵敏度，更快的响应时间，更低的功耗和出色的稳定性。
Huang说：“通过将2D半导体晶体管与独特的CMAG集成在一起，我们的CMAG晶体管传感器可以得到进一步增强，以实现更好的性能，从而实现广泛的应用。”
在最初的实验中，研究人员建造的传感器显示出可调的灵敏度和压力感应范围，在0-5 kPa 范围内的平均灵敏度为44kPa -1，峰值灵敏度高达770 kPa -1。此外，当使用气隙栅作为二维半导体晶体管的压敏栅时，Huang和她的同事们能够以优化的方式将其器件的灵敏度进一步提高至10 3 –10 7 kPa -1压力范围约为1.5 kPa。
Huang和她的同事们提出的基于CMAG的设计策略相当容易实现。此外，它可以应用于电容式和基于晶体管的传感器的开发。
研究人员展示了其压力传感器在许多应用中的潜力，包括实现静态压力映射，测量人脉搏和检测声波。将来，它们的高灵敏传感器可用于开发具有更先进传感功能的机器人，可随时间监视患者健康的可穿戴设备以及其他几种技术工具。
Huang说：“希望CMAGs的概念将为新型压力传感器铺平道路。我们现在正在基于CMAGs的概念设计共形/柔性压力传感器阵列，这将使人机界面和相关应用成为可能。”
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传神阿堵
传感器行业分析师，主要从事传感器应用，市场分析等领域，现为传感器专家网专栏编辑。
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