石墨烯纳晶碳膜的磁传感性能优化与检测

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磁效应传感器在现代微机电系统中发挥着重要的作用。磁传感性能利用磁敏感材料对磁场的大小、方向与应用温度环境的高灵敏度实现。目前主要使用金属材料作为磁敏感材料,由于其消耗了大量的金属资源,新型材料的选择需要进一步的研究。为此,本文提出从基底角度对站立石墨烯纳晶碳膜调控载流子,以及从电子照射能量角度对石墨烯纳晶碳膜调控结构两方面进行优化磁传感性能。在此基础上,搭建了应用于电机转速测量的各向异性磁传感检测装置,对真实工况下碳膜的磁传感性能进行了初步探索。本文使用物理气相沉积的方法在不同基底上生长石墨烯纳晶碳膜,使用拉曼光谱对样品进行表征,结果表明制备出的碳膜具有石墨烯纳晶结构,且不同基底上生长的石墨烯纳晶结构相似。对其进行磁传感性能测试,结果表明磁传感性能来自于碳膜且n-Si基底中的巡游电子可进入碳膜中对磁传感性产生积极影响。针对n-Si基底使用不同电子照射能量进行石墨烯纳晶碳膜的制备,使用透射电镜与拉曼光谱进行表征,结果表明随着电子照射能量的增大,其石墨烯纳晶尺寸逐渐增大。对其进行磁传感性能测试时,发现在转换区随着温度的升高其铁磁性增强,由于磁传感性能与边缘的自旋磁矩方向有关,铁磁排列对产生大的磁传感性能有利。对石墨烯纳晶薄膜的各向异性磁传感性能进行测试。在各向异性磁传感性能测试中,其传感性能来自于薄膜。使用不同电子照射能量的n-Si基底碳膜在不同磁场环境与不同温度下进行传感测试,研究发现石墨烯纳晶薄膜的站立式的各向异性结构对各向异性磁传感性能产生了影响。平行磁传感性能与垂直磁传感性能共同作用产生了各向异性磁传感性能。当纳晶尺寸增大时由于平行磁传感性能增强,将会改变各向异性磁传感性能,最终体现在磁致电阻系数增大。根据各向异性磁传感性能的原理设计并搭建了检测装置,装置分为磁旋转平台与数据采集系统。将石墨烯纳晶碳膜制作成碳膜感应器,其对磁场产生响应,但对旋转磁场的响应有待进一步提高。
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