面向MEMS压力传感器的硅纳米线压阻特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61404128
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0407.微纳机电器件与控制系统
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With the development of sensors in direction of miniaturization, low power consumption, high integration, intelligence, silicon nanowire piezoresistors with easy integration and high sensitivity will be extensively utilized. However, there are mutually contradictory opinions in studying piezoresistive characteristics of silicon nanowires. Some papers indicated that the piezoresistive coefficient of silicon nanowire has been increased two orders of magnitude compared with the bulk one. But some papers reported that the piezoresistive coefficient of silicon nanowire could not change with size of nanowire and the giant piezoresistive effect was resulted from measuring error. Herein, silicon nanowire piezoresistors with different sizes, crystal orientations, doping concentrations will be fabricated with high concentration boron doped silicon which could be self-restrained etching in base solution. Meanwhile, silicon nanowire piezoresistors were integrated into MEMS pressure sensors. Through measuring the output features of pressure sensing structure, the quantitative relationship between piezoresistive coefficient of silicon nanowire and sizes, crystal orientations, doping concentrations and temperature will be figured out. After optimizing the performance of silicon nanowire piezoresistors, a prototype MEMS pressure senor will be fabricated and characterized its properties. The special features of this project were that silicon nanowire piezoresistors with varied parameters were fabricated with high concentration boron doped silicon and integrated into MEMS pressure sensor. With the help of the elastic force analysis, several characteristics of silicon nanowire piezoresistance could be accurately obtained. The implementation of this project will classify the characteristics of silicon nanowire piezoresistor which were ambiguous in present research, and can accumulate valuable data for application of silicon nanowire piezoresistors in MEMS pressure sensors.
随着传感器向微型化、低功耗、高集成、智能化发展,可集成高灵敏的硅纳米线压阻条具有广泛应用潜力。但是,对硅纳米线压阻性能的研究还有异议:有报道指出硅纳米线的压阻系数较相应块体材料提高2个量级,也有报道认为硅纳米线的压阻系数并不随尺寸改变,巨压阻效应可能来自测量误差。本项目利用腐蚀自停止的浓硼掺杂硅层,制作具有不同尺寸、取向、掺杂的硅纳米线压阻,同时集成到MEMS压力传感器中。通过测量感压结构的输出特性,掌握硅纳米线压阻系数与尺寸、取向、掺杂及温度的定量关系,优化硅纳米线压阻性能,制作出以硅纳米线压阻为换能单元的MEMS压力传感器原型器件并测试其性能。本项目特色在于用浓硼掺杂硅制作出多参量变化的硅纳米线压阻,集成到MEMS压力传感器中,结合弹性力学分析,准确获得硅纳米线压阻各项性能。项目实施将解决目前对硅纳米线压阻特性研究中所存异议,为构建基于硅纳米线压阻的MEMS压力传感器夯实理论基础。

结项摘要

随着MEMS压力传感器向微型化、高集成、低功耗、智能化发展,硅纳米线压敏电阻的使用会越来越多。但目前,对硅纳米线压阻的特性还没有全面掌握,急需解决的问题有:硅纳米线尺寸、取向、掺杂与压阻系数的定量关系;硅纳米线压阻如何与MEMS压力传感器可靠集成;在MEMS压力传感器中,硅纳米线压阻性能与温度的关系;影响硅纳米线压阻性能的主要因素(尺寸、取向、掺杂、温度)之间的相互影响及性能优化。本项目针对目前的主要问题,利用浓硼扩散硅自停止腐蚀层,制作具有多参量变化的硅纳米线压阻,并集成到MEMS压力传感器中,系统研究硅纳米线尺寸、取向、掺杂与压阻系数的定量关系,揭示硅纳米线压阻性能与温度的定量关系,经过优化硅纳米线压阻性能,制备出基于硅纳米线压阻的MEMS压力传感器的原型器件,并系统测试传感器性能。项目的实施揭示出硅纳米线压阻系数受纳米线尺寸和掺杂浓度影响较小,纳米线晶格取向从[110]向[100]变化时,压阻系数逐渐减小。芯片尺寸减小到1.3 mm ×1.3 mm×0.9 mm,量程0-1 Mpa输出120 mv,满量程精度优于1%,灵敏度温度系数最大为3%,电阻温度系数最大为2.5%,芯片响应时间约10秒,一周零点漂移量为满量程的1%,芯片级的器件总功耗约1微瓦。项目执行过程中,发表论文5篇,其中3篇SCI论文影响因子大于3,申请发明专利7项,培养硕士研究生2名。该项目的实施,为构建基于硅纳米线压阻的MEMS压力传感器积累了丰富经验。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Measuring methods for thermoelectric properties of one-dimensional nanostructural materials
一维纳米结构材料热电性能的测量方法
  • DOI:
    10.1039/c5ra23634g
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu, Yang;Zhang, Mingliang;Wang, Xiaodong
  • 通讯作者:
    Wang, Xiaodong
Heavily Boron-Doped Silicon Layer for the Fabrication of Nanoscale Thermoelectric Devices.
用于制造纳米级热电器件的重掺杂硼硅层
  • DOI:
    10.3390/nano8020077
  • 发表时间:
    2018-01-30
  • 期刊:
    Nanomaterials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ma Z;Liu Y;Deng L;Zhang M;Zhang S;Ma J;Song P;Liu Q;Ji A;Yang F;Wang X
  • 通讯作者:
    Wang X
基于浓硼扩散层的硅纳米线谐振子制备
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    影像科学与光化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘杨;张明亮;季安;王晓东;杨富华
  • 通讯作者:
    杨富华
Ion-Beam-Directed Self-Ordering of Ga Nanodroplets on GaAs Surfaces.
GaAs 表面上 Ga 纳米液滴的离子束定向自排序
  • DOI:
    10.1186/s11671-016-1234-y
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Nanoscale research letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu X;Wu J;Wang X;Zhang M;Li J;Shi Z;Li H;Zhou Z;Ji H;Niu X;Wang ZM
  • 通讯作者:
    Wang ZM
锑化物二类超晶格热电材料:能带结构、热电性能、制备与测试
  • DOI:
    10.11896/j.issn.1005-023x.2016.21.004
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓凌霄;王晓东;刘杨;张明亮;杨富华
  • 通讯作者:
    杨富华

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  • 作者:
    代金刚;田思玮;曹洪欣;张明亮
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    张明亮
双极性忆阻器模型参数对蕴含逻辑门的影响
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    2016
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  • 通讯作者:
    崔焕卿
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  • 期刊:
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  • 作者:
    王海霞;吕琦;李弘毅;刘志鹏;王储;周龙艳;张明亮;王仲鹏
  • 通讯作者:
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五子棋机器博弈系统评估函数的设计
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  • 发表时间:
    2022
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  • 作者:
    张明亮
  • 通讯作者:
    张明亮

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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