石墨烯的突破——比硅传感器灵敏100倍的Bosch磁传感器

2015年是石墨烯领域研究成果的丰收年,其中一项成果在石墨烯会议上掀起了不小的波澜。周四,Stuttgart工程公司的Robert Roelver宣布,公司的研究人员与固态研究的Max-Planck研究所的科学家们开发出一种石墨烯磁传感器,其灵敏度是硅基传感器的100倍。

2015年是石墨烯领域研究成果的丰收年,其中一项成果在石墨烯会议上掀起了不小的波澜。周四,Stuttgart工程公司的Robert Roelver宣布,公司的研究人员与固态研究的Max-Planck研究所的科学家们开发出一种石墨烯磁传感器,其灵敏度是硅基传感器的100倍。

长期以来,Bosch公司一直参与传感器技术(尤其是汽车领域)的研究。2008年,该公司推出了高压、加速和陀螺运动传感器,该传感器兼具地磁、温度、湿度、空气质量和声压设备,可用于手机等电子设备。Roelver指出,Bosch公司是世界头号微机电传感器供应商,销售额达到€10亿。

基于对石墨烯在新领域的应用和传感器性能的改进,Bosch公司一直致力于使用二维材料来制备压力、磁性、湿度、气体和声压设备。接下来我们来了解一下其制造方法。

采用自上而下的石墨烯器件制造方法(如机械方法、化学剥离)都不会实现石墨烯器件的商业化应用,因此Bosch公司主要采用自下而上的制备技术,如碳化硅的热分解、化学蒸汽沉积于金属表面等技术。后者适合大规模商业化生产,前者也可能具有此效用。

Roelver指出,石墨烯传感器的应用需要经过至少10年的时间,才能形成具有一定竞争力的技术。这是由于目前仍缺乏大规模的晶片基底和自由转换合成技术。

Bosch和Max-Planck的研究人员使用各种底物来制备磁传感器,并最终确认使用六角氮化硼磁传感器。这是综合考虑成本、技术和性能的结果。

Bosch开发的磁传感器基于霍尔效应——由磁场引起的电荷移动的洛伦兹力——产生的挠度和可测量的霍尔电压。传感器的性能主要包括以下两个参数:(1)灵敏性,这取决于传感器中载流子的数量,(2)功耗,功耗与电荷载流子的迁移率成反比。由于具有较高的载流子迁移率,石墨烯在这一领域具有很大的应用前景,Bosch领导的研究团队证实了这一点。

Roelver将硅基材料和石墨烯材料进行对比后发现,在最坏的情况下,石墨烯传感器与硅基传感器差不多;在最好的情况下,石墨烯传感器具有远远高于硅基传感器的性能,包括低得多的源电流和功率以及灵敏性。简而言之,石墨烯传感器具有高性能、低功耗的特点。

Roelver指出,就实际数据而言,Bosch-MPI石墨烯装置所表现出的优越性集中表现在灵敏度上。硅基传感器的灵敏度为70V/amp-tesla,而氮化硼基石墨烯装置的灵敏度达到7000 V/amp-tesla。灵敏度提高了两个数量级,这是十分惊人的成果,也引起了石墨烯会议大厅的关注。

在宣布这一令人惊叹的研究结果之后,Roelver指出,未来的Bosch公司将致力于发展商用石墨烯技术。

石墨烯会议的执行委员会主席Andrea Ferrari 说:“我们很高兴,在石墨烯周会议上可以宣布如此重要的具有里程碑意义的技术。Bosch公司也呼吁展开大面积大规模的石墨烯工业化应用,并计划这一重要领域进行大规模的生产设备投资。”

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