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真空计的微型化不仅节省了空间和能源并使得其便于安装,而且为进行其他方面的技术更新(如一体化、集成化等)提供了基础条件,是真空计研究发展的热点。碳纳米管是一种非常具有潜力的新型纳米功能材料,利用其所制备的碳纳米管皮拉尼真空计不仅体积小、结构简单、性能稳定,而且由于采用的碳纳米管具有较高的电阻温度系数和导电性,因此器件具有响应快、功耗低、灵敏度高、压力测量范围广等优点。
现有研究工作均采用化学气相沉积或者石墨电弧法等合成生长工艺制备碳纳米管皮拉尼真空计,其生长温度高、设备昂贵、成本高。本论文首次采用介电泳组装法制备SWNTs皮拉尼真空计,该方法不仅设备简单,成本低,易于实现,而且组装温度低,适用于各种衬底和金属电极。首先,本论文充分调研了碳纳米管压力传感器研究现状,并重点了解与本文工作相关的碳纳米管器件加工和组装方法以及电学特性和热学特性等。其次,本论文着重描述SWNTs皮拉尼真空计的工作原理与介电泳组装原理,在此基础上设计了组装电极以及SWNTs皮拉尼真空计。然后,本论文利用微加工工艺制作电极结构,实验研究SWNTS的介电泳组装方法,系统研究了不同电极材料、结构、几何参数以及工艺参数对组装效率的影响,建立了介电泳组装工艺流程和工艺参数,成功实现SWNTs定向组装和SWNTs皮拉尼真空计。最后,开发了SWNTs皮拉尼真空计性能测试方法,测量并研究其Ⅰ-Ⅴ特性、电阻温度特性、响应特性以及压力传感特性等。结果显示SWNTs皮拉尼真空计测试范围可达到37-55000Pa,平均灵敏度为2.1Ωφ/Pa,气压测试范围内的平均功耗为36.6nW。