采用离子导电水凝胶电极的触觉传感电子皮肤

柔性和可拉伸性是电子皮肤的重要特征,不但能够保证穿戴的舒适性,而且可以有效防止人体运动过程中的意外滑脱。采用冻融循环和盐水浸泡两步法制备了离子导电的明胶/聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶,其电导率可达2.50 S/m,同时最大应力和最大应变分别达到了745.72 kPa和282.73%,然后将其作为电极材料,与ZnO/硅橡胶压电薄膜一同制备了可任意变形的电子皮肤。测试结果表明,使用离子导电水凝胶电极的电子皮肤不会受到电极材料的限制,具有良好的柔韧性和延展性,在300次和500次的拉伸、弯曲和扭转后输出电压始终稳定在394.50~421.41 mV范围内。同时,讨论了电子皮肤的非线性输出特性,推导适用于柔性材料的非线性二次压电方程,在1~18 N的受力范围内进行了输出性能测试,结果表明电子皮肤的输出性能符合理论分析。此外,制备的电子皮肤的响应时间仅为80 ms,小于人类生理反应时间,而且在经过5000次循环按压测试过程中输出电压信号始终稳定,表现出良好的耐久性。该电子皮肤可应用于触觉传感领域,滑动性能测试结果表明,其具有轨迹识别能力和个性化检测潜力。

花状SnO_(2)与多层Ti_(3)C_(2)MXene材料的制备及室温NO_(2)气敏传感性能

结合溶剂热法和HF刻蚀MAX相,制备了花状SnO_(2)和多层Ti_(3)C_(2)MXene不同质量比的SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene敏感材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对传感器的微观形貌、元素成分和晶相结构进行分析。结果表明,直径为800 nm左右的花状结构SnO_(2)成功负载到了堆叠后厚度为4~5μm的层状结构Ti_(3)C_(2)MXene的表面。制备了基于SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene复合材料的气体传感器,并在室温下研究其对NO_(2)的气敏性能。在最佳条件下,MS5传感器表现出最优异的气敏传感性能,对体积分数为1×10^(-4)的NO_(2)的响应度可达到6.39,传感器还表现出了良好的选择性和重复性,最后讨论了SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene的气体传感器的气敏机理。

基于阴极往复运动的TGV电铸铜实心填充工艺

玻璃通孔(TGV)转接板因其具有优良的高频电学特性,在先进封装领域受到广泛关注。然而随着TGV深宽比的不断增加,采用传统的阴极定轴旋转式电铸工艺,其填充难度与成本将随之提高。为实现高深宽比TGV的无缺陷填充,减少电铸耗时和成本,提出一种基于阴极往复运动的TGV无缺陷镀铜填充新工艺。在仿真和实验的基础上,系统研究了阴极运动方式对TGV孔内电铸液传质、离子浓度、填充速率的影响。仿真和实验结果均表明,采用阴极往复运动能有效地保证TGV孔内各处离子浓度分布的均匀一致性,减缓浓差极化,从而提高沉积速率及其上限值。在不含任何添加剂的体系中,同等沉积电位条件下平均填充速率从阴极定轴旋转式电铸工艺的6.1μm/h提高至9.2μm/h。当电位为0.5 V时,阴极往复运动方式下平均填充速率达到45.2μm/h,且电铸铜填充层中未发现孔隙缺陷。这为在无添加剂电铸铜体系中实现高深宽比TGV的无缺陷电铸铜填充提供了一种可行的低成本方案。

基于MEMS技术的高纯度外泌体磁分离微流控芯片

基于CD63核酸适配体功能化磁珠捕获外泌体,设计和制作了一种可从胃癌细胞上清液中分离出高纯度外泌体的微流控芯片,芯片内磁增强微结构的梳齿间距40μm,最小宽度仅为20μm。利用COMSOL软件对磁增强微结构进行磁场仿真,结果表明最大磁感应强度和磁场梯度分别可达15.1 T和5.77×10^(4)T/m。通过纳米粒度Zeta电位仪对链霉亲和素磁珠与CD63核酸适配体偶联形成的功能化磁珠(SAMNP@Apt)进行表征,结果表明它们实现了良好偶联。使用SAMNP@Apt捕获外泌体,捕获效率可达92.7%。使用微电子机械系统(MEMS)技术制备了磁分离微流控芯片,并在微流控芯片中进行了外泌体磁分离实验,结果表明微流控芯片的外泌体分离纯度可达88.75%。

用于耳内体温监测的柔性温度传感器

为了在使用入耳式耳机进行日常活动时,可以通过监测耳内温度来评估健康状况,研制了一种柔性铂薄膜温度传感器。传感器的感温单元设计为蛇形结构,可以共形贴附于曲面。制备过程中,采用磁控溅射技术在已图形化的柔性基板表面沉积铂,省去光刻、显影等工艺,直接完成对铂薄膜的图形化。在25~45℃的温度范围内,传感器的电阻温度系数为0.0028/℃,分辨率为0.1℃,能够满足体温测量对传感器性能的要求。将传感器集成至耳机耳塞上,并通过标定实验得到电阻-温度关系公式。研发了基于传感器的无线入耳式体温监测系统,结合手机应用程序(APP)进行实际体温测量。在36.3~36.7℃的温度范围内,对同一位使用者测温的平均误差为±0.058℃,表明该传感器能够准确获取耳内体温。

“383Windows”电解质自支撑新构型固体氧化物燃料电池的设计与制备

固体氧化物燃料电池的主要构型有电解质自支撑型与电极支撑型两种,然而这两种构型都存在明显的缺点。前者需要电解质层较厚,导致电池的欧姆阻抗较高,输出功率较低;后者的氧化还原稳定性较差,容易开裂、损坏,导致电池单体开路电压下降甚至完全失效。以氧化钇稳定的氧化锆电解质材料为例成功制备了“383Windows”构型电解质自支撑固体氧化物燃料电池,电解质层间结合紧密,结构稳定,具有优异的力学性能,在保证机械强度的前提下将电解质功能层的厚度成功降低到100μm以下。与同等厚度的厚膜电池相比,在800℃时“383Windows”构型电池的总欧姆阻抗降低了46.7%,输出性能得到了大幅度提高(最大功率密度提升了63.4%)。该结构易于拓展应用到其他电解质体系中制备固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池及全固态锂离子动力电池等,具有很好的商业化前景。

微纳尺度下准一维超导体TaSe_(3)的物理减薄

在低维材料中,二维材料的剥离技术已经相对成熟,准一维材料由于具有特殊晶格结构,其减薄方法目前还缺乏系统的研究。针对准一维层状超导体TaSe_(3),借助X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪(RS)、原子力显微镜(AFM)与光学显微镜(OM)表征手段,系统地研究了微纳尺度样品的机械剥离法与超声辅助液相剥离法。结果表明:在机械剥离法中,提高温度或者改变样品放置方向使其与剥离方向垂直时,总剥离样品数和理想微纳尺度下的样品个数均增加,但理想样品占总样品的比例降低;在超声辅助液相剥离法中,利用超声波破碎仪,在振幅为305μm的条件下,超声20 min时,得到的理想样品最多,且远远多于机械剥离法得到的样品。因此,超声辅助液相剥离法与机械剥离法相比,更适用于微纳尺度准一维材料减薄。

基于PVDF/GO纳米复合薄膜的柔性压电传感器

为了解决有机柔性压电传感器压电输出较小的问题,设计了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)掺杂氧化石墨烯(GO)的柔性压电传感器。介绍了该传感器的制备方法,对比了有无掺杂GO对传感器压电输出性能的影响,并且分别对它们进行了相关测试。结果表明,掺杂质量分数0.5%的GO后,PVDF中的β相结晶度提升了16.7%,且传感器具有更高的压电输出性能。在120 N的压力作用下,输出电压达到约4.9 V,输出电流达到约189 nA。传感器灵敏度从掺杂前的14.3 mV/N提高到掺杂后的43.1 mV/N。在低频弯曲测试条件下,该柔性传感器依旧有着良好的压电输出性能,为未来可穿戴电子设备中实时运动的人体监测提供了一种新方法。

玻璃通孔的高频传输性能

随着玻璃通孔(TGV)制作工艺的成熟,微波毫米波系统采用玻璃基板进行集成,其高频传输特性成为研究的重点。对玻璃通孔的互连设计、制作和传输性能进行研究。在玻璃基板上分别设计直通传输线和带两个TGV、等长传输线的TGV传输结构;通过激光改性、腐蚀扩孔和电镀填充的TGV工艺制作技术以及薄膜电路布线技术,在玻璃基板上制作直通传输线和TGV传输结构;采用矢量网络分析仪法分别测试直通传输线和TGV传输结构的插入损耗,计算得到单个TGV的插入损耗,结果显示在33~40 GHz频段内单个TGV插入损耗S_(21)≤0.2 dB,可以满足微波毫米波系统集成应用中对玻璃基板通孔的低传输损耗要求。

清洗工艺对AlN单晶抛光片表面有机沾污的影响

研究了化学机械抛光(CMP)后AlN单晶片的清洗。将除蜡剂清洗法、RCA清洗法、食人鱼溶液清洗法以及丙酮和异丙醇(IPA)的混合溶液清洗法等进行组合,对抛光后的AlN单晶片表面进行超声清洗,并通过微分干涉显微镜、原子力显微镜(AFM)及光电子能谱仪(XPS)对清洗效果进行了表征,并分析了不同清洗方法对有机沾污的去除效果。实验结果表明,RCA清洗法清洗后晶片表面残留的有机沾污的含量最低,而食人鱼溶液清洗法可显著减小有机颗粒的尺寸,除蜡剂与丙酮和异丙醇的混合溶液对有机沾污的去除效果相近。优化的清洗工艺以丙酮和异丙醇的混合溶液作为初步清洗溶液,随后依次对晶片进行食人鱼溶液清洗和RCA清洗,应用此优化工艺清洗后的AlN单晶片表面颗粒较少,C—H键、C=O键和C—OH键的百分比分别为75.5%、20.4%和4.1%,表面粗糙度为0.069 2 nm。

基于还原氧化石墨烯材料的电阻式湿度传感器

设计并制备了一种基于还原氧化石墨烯(RGO)材料的电阻式湿度传感器,该湿度传感器的关键部分采用叉指电极结构,它是利用沉积、光刻、溅射和剥离等微电子机械系统(MEMS)工艺制备而成,湿敏材料是由一定比例的RGO粉末和分散剂经过超声波分散配置成均匀分散的水溶液,叉指电极与湿敏材料通过滴涂方法有效结合,并进行了相关的测试。结果显示,在环境湿度为38.4%RH~97.7%RH时,湿度变化量与电阻变化量的线性相关度高达0.97279,传感器的灵敏度约为0.45791Ω/%RH。在环境湿度为38.4%RH~55.1%RH时,传感器的响应时间为9 s、恢复时间为12 s,多次测试结果显示其具有良好的稳定性与重复性。

FeNHf磁性薄膜微结构中太赫兹波损耗的抑制

基于半导体微纳工艺设计并制备了一种FeNHf磁性薄膜的镜像四环非对称太赫兹微结构,测试了薄膜磁性能和微结构太赫兹波传输特性。结果表明FeNHf薄膜在0.5GHz时在难轴方向的磁导率为410,共振频率为1.48GHz,磁各向异性场强度为31.88Oe(1A·m^(-1)=4π×10^(-3)Oe)。通过比较基于FeNHf薄膜的微结构与相同尺寸的非磁Au薄膜的微结构的太赫兹波传输特性,发现FeNHf薄膜四环微结构的共振频率比Au薄膜四环微结构的共振频率低,这主要是由于FeNHf薄膜具有较高的等效电感值。实验和模拟结果表明,FeNHf薄膜的电导率比Au薄膜低一个量级,在太赫兹共振频率下FeNHf薄膜微结构比Au薄膜微结构具有更高的电场强度和磁场强度,其太赫兹波涡流损耗约为Au薄膜微结构的25%,因此,FeNHf磁性薄膜的镜像四环非对称太赫兹微结构具有较大的透射率和Q值,能够更好地抑制太赫兹波的损耗。

第十四届中国微纳电子技术交流与学术研讨会会议通知

微纳电子技术涉及电子、机械、物理、化学、生物、医学、材料、制造、测试等多学科领域,是一门多学科交叉渗透和综合的高新技术,是未来技术更新换代和新兴产业发展的重要基础。为进一步推动我国微纳电子技术的快速发展,为大家提供一个了解国内外微纳电子技术最新发展动态的交流平台,"第十四届中国微纳电子技术交流与学术研讨会"定于2021年05月13—15日在南昌市举行。大会特邀海内外微纳电子技术领域的知名专家、教授及企业代表等作大会主题报告,欢迎海内外广大科研人员、高校师生以及产业界技术研究人员积极参与。

基于MWCNT-PDMS高灵敏度电容式柔性压力传感器

作为柔性电子器件的重要分支,高灵敏度柔性压力传感器已成为当前研究热点。选取聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为柔性介质薄膜和氧化铟锡-聚对苯二甲酸乙二醇酯(ITO-PET)作为柔性电极构建三明治结构电容式柔性压力传感器,通过在PDMS薄膜内掺杂高导电性多壁碳纳米管(MWCNT)形成微电容提升传感器灵敏度。同时,测试高低温工作稳定性、响应时间、循环稳定性和迟滞特性等关键传感特性。测试结果表明:经过优化MWCNT掺杂质量分数,在低压范围内传感器灵敏度可从初始的0.52 kPa^(-1)增加到1.512 kPa^(-1),灵敏度提升接近2倍。同时,MWCNT掺杂传感器还表现出工作温度范围宽(-18~80℃)、响应时间短(65 ms)、循环稳定性高、迟滞误差小等优异的传感特性。最后针对较高压力下的漏电现象进行了适当分析。

基于金属辅助化学腐蚀的大高宽比硅纳米结构制备

为了获得大高宽比的硅纳米结构,结合电子束光刻和等离子刻蚀方法制备厚度为5 nm/20 nm的Ti/Au微纳结构,然后以氢氟酸、去离子水和双氧水作为腐蚀液,利用各向异性金属辅助化学腐蚀制备大高宽比硅纳米结构,并进行了实验验证。研究了双氧水的浓度和腐蚀温度对硅纳米结构形貌的影响,分析了大高宽比硅纳米结构的金属辅助化学腐蚀机理。实验结果表明:在较低的双氧水浓度和较低的腐蚀温度下,可以形成侧壁陡直、光滑的大高宽比硅纳米结构,在纳米光栅结构和阵列结构的X射线掩模制造中显示出其优越性。基于氢氟酸、去离子水和双氧水的浓度分别为4.8、50和0.12 mol/L的腐蚀液,在2℃下进行金属辅助化学腐蚀,得到了高度为4.2μm的300 nm特征尺寸的硅纳米柱结构,对应高宽比为14∶1。

石墨烯量子点修饰的石墨毡电极的电容性能

以柠檬酸为原料,通过碳化制备石墨烯量子点(GQD)溶液,对制备的石墨烯量子点溶液进行超声使石墨烯量子点吸附在石墨毡表面。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和喇曼光谱对石墨烯量子点修饰的石墨毡进行表征。通过循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)和计时电位法研究其电化学性能。测试发现,该石墨毡电极在电流密度1 mA·cm-2下比电容高达2394 F/g,在电流密度4 mA·cm-2下经过5000次循环后稳定性达到95%。结果表明石墨烯量子点修饰的石墨毡电极具有优异的电化学性能,可以成为极具应用前景的超级电容器的电极材料。

基于ITO掩膜的键合片深硅刻蚀

提出了用氧化铟锡(ITO)作为掩膜对硅与玻璃的键合片进行深硅刻蚀的工艺。ITO薄膜采用直流溅射工艺常温生长,避免了传统等离子体化学气相沉积(PECVD)方式生长氧化硅掩膜高温对器件制备造成的影响。对不同的ITO薄膜图形化方式进行了研究,结果表明垂直或正锥形台阶的光刻胶剥离工艺制备的ITO薄膜边缘光滑,尺寸误差小,是实现ITO薄膜图形化的理想方式。进一步研究了基于ITO掩膜的键合片深硅刻蚀能力,在硅刻蚀深度达到150μm时,掩膜只消耗了5.66 nm,刻蚀选择比高达26500∶1,没有发现微掩膜效应。因此利用ITO掩膜实现键合片的深硅刻蚀,掩膜的生长和图形化都在常温下进行,特别适合基于硅玻璃(SOG)键合刻蚀工艺的MEMS器件制备。

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