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高灵敏石墨烯霍尔传感器
发布:kittyll   时间:2015/7/6 16:23:00   阅读:3703 
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图片来源:网络
 
在当今的各种应用领域中,人们广泛使用着多种类型的磁场传感器。最近磁场传感器的需求大幅增长,这是由于汽车生产、游戏控制器、消费类电子产业、国土安全、医疗卫生、航空航天、国防军工等需求的巨大增长所导致的。对于那些要求精确测量位置、距离和运动的领域,对磁场传感器的需求更大。而最流行的磁场传感器类型为霍尔效应传感器、固态磁阻和超导量子干涉磁量仪(SQUID)。根据最近的市场报告数据,2013年磁场传感器的总出货量估计为65亿件。预计到2020年这一数字将达到96亿件。从商业的角度来看,该市场的收入在2014年很可能达到18亿美元,而直到2020年则可能达到29亿美元。而在所有这些类型的传感器中,霍尔效应传感器的性价比更高,操作简单且耐用。常见的霍尔效应传感器的制造主要采用的材料是硅。霍尔传感器的重要质量指标是其电压和电流,这都与灵敏性相关。而这些灵敏性取决于设备材料的电子特性,如载流子迁移率和密度。然而,对于未来高级应用领域来说,具备更高灵敏度的霍尔传感器是必需的。其他公认的材料是基于高纯度III/V族的半导体,如基于异质结构的GaAs或InAs。虽然过去人们致力于研究传感器的材料,但灵敏值仍然受到很大的限制。在新的研究中,德国亚琛工业大学(RWTH)和AMO GmbH Aachen的研究员使用单层石墨烯制造出了超高灵敏度的霍尔效应传感器。其结果发表于《Applied Physics Letters》(标题为“基于封装在六角氮化硼中石墨烯的超灵敏霍尔传感器”)。



 
使用以六方氮化硼封装石墨烯的霍尔传感器装置的横截面示意图

碳的一种二维原子形式石墨烯,是高灵敏性霍尔传感器的潜在备选材料,因为其在室温下具备非常高的载流子迁移率和非常低的载流子密度。这些特性使得石墨烯可以胜过所有现有霍尔传感器技术的材料。
 
研究员在其设备中使用六方氮化硼层封装石墨烯,从而起到保护环境的作用,六方氮化硼是另一个极具潜力的二维绝缘材料。所制造的装置显示的标准电压和电流分别为3V/VT和5700V/VT。在正常环境下,这些值高于基于硅所取得的值大小的一个数量级以上,是目前最佳的III/V族半导体霍尔传感器所取得的值的两倍以上。
 
此外,这些结果要远远优于早期发布的以氧化硅和碳化硅为衬底的石墨烯霍尔传感器。这一新的灵敏度等级使得设备具备更高的精度,而消耗的能量更低且设备的尺寸更小。这项研究工作展示了在更多商业领域中石墨烯的新兴用途,因为霍尔传感器是很多家电的组成部分。
 
该研究工作得到了欧盟石墨烯旗舰工程的赞助支持。(合同号:NECT-ICT-604391)
作者:剑桥大学工程系Abhay Sagade博士
译自nanowerk
来源:材料与测试
译者:兔子小光

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