近日，電子科技大學王曾暉教授、夏娟研究員團隊與中南大學周喻教授團隊合作報道了基于非層狀二維材料β-In2S3的超高頻諧振式納米氣壓傳感器，實現(xiàn)了寬量程（從10-3 Torr直至大氣壓）、高線性（非線性程度僅為0.0071）和快響應（內(nèi)稟響應時間低于1微秒）的優(yōu)異傳感性能。研究人員還闡明了納米機電諧振器的頻率設計規(guī)律，并成功實驗測定了材料彈性模量和器件內(nèi)應力，為基于二維非層狀材料的新型低維納米器件的晶圓級設計與集成賦能。該成果近日發(fā)表于InfoMat期刊，論文的通訊作者還包括電子科技大學朱健凱博士（中國微米納米技術(shù)學會首屆優(yōu)秀博士論文獎獲得者）。

二維非層狀材料具有應用于納米機電結(jié)構(gòu)中的潛力，并因其的物理特性和表面活性，有望進一步實現(xiàn)性能優(yōu)異的傳感器件。然而，由于納米機電器件對于材料穩(wěn)定性和導電性等方面的要求，以及器件制備的難度，這一前景的應用范式一直未得到探索。近日，該團隊研究人員利用β-In2S3這一具備高載流子遷移率和適中帶隙的二維非層狀半導體，制備了一系列工作頻率在超高頻頻段的納米機電諧振器，實現(xiàn)的氣壓傳感性能在同類器件中暫居。

研究人員利用圓形納米鼓膜（圖1A?C）的動態(tài)響應考察器件彈性特征。通過自主設計并優(yōu)化的激光干涉位移測量系統(tǒng)，有效地表征了納米諧振器的超高頻段頻域動態(tài)響應（圖1D）。為驗證β-In2S3納米諧振器的氣壓傳感性能，研究人員在10-4 Torr至大氣壓的寬氣壓范圍內(nèi)不間斷追蹤器件動態(tài)響應，并分析了諧振頻率和質(zhì)量因子的調(diào)控機制。研究表明，諧振頻率隨氣壓增加而線性增長，響應度高達259.77 ppm/Torr（即每Torr氣壓變化將引入高達2.328 KHz的頻偏），而非線性程度僅為0.0071，揭示了該傳感器的優(yōu)異響應性能（圖1E）。此外，耗散因子隨氣壓增加引入的額外空氣阻尼呈下降趨勢，理論分析表明該傳感器在大氣壓下的響應速度可達0.95微秒。