近日，南边科技年夜学深港微电子学院李携曦助理传授课题组于氮化镓基光电集成器件范畴取患上研究进展，研究结果包括微型真空压力传感器、具备机械-光电旌旗灯号转换功效的逻辑门器件，以和微型三轴力传感器。相干研究结果发表在《IEEE Electron Device Letters》。

微型真空压力传感器

真空压力传感器是工业范畴广泛运用的一类压力传感器，触及出产自控、管道送风、水利电力、真空装备等诸多行业。本事情经由过程氮化镓光电芯片与多孔PDMS薄膜集成，构建了一种微型真空压力传感器件。多孔PDMS薄膜采用简略单纯的机械搅拌起泡法制备。使用该薄膜于年夜气压及真空前提下发生的显著反射变化，丈量出与真空压力线性相干的光电流变化以和22-760Torr的压力变化。该微型传感器还有具备布局紧凑、易在操作、1.0 s的快速相应、1.3%的小滞后率及高不变性等长处，合用在真空压力传感的广泛运用。该论文配合第一作者为学院2020级硕士生耿璠及2020级博士生喻彬璐。

图 1.（a）封装的氮化镓器件。（b）集成多孔PDMS薄膜的微型真空压力传感器于年夜气及真空前提下的及时状况。（c）差别PDMS薄膜厚度下，丈量的光电流相应与真空压力的瓜葛。

光电开关与逻辑门

力传感器于人机交互及呆板人节制等多个范畴阐扬着主要作用。传感器中的力敏元件将机械旌旗灯号转换为电旌旗灯号，而传感器内的逻辑电路卖力对于电旌旗灯号举行处置惩罚。于这项事情中，经由过程设计具备逻辑运算功效的力敏元件单位，实现了更紧凑的力学传感到用。所提出的基在氮化镓光学器件的逻辑转换开关，利用PDMS将具备两种差别折射率的介质包裹于传感器内，两种传感单位可对于不异的压力旌旗灯号体现出彻底相反的输出相应。本研究将具备相反逻辑转换功效的力传感单位封装在PCB上，制备出与、或者、与非、或者非的力-电旌旗灯号转换器件。该论文第一作者为学院2021级博士生尹嘉豪。

图 2.（a），（b）器件什物图和串联、并联的PCB路线示用意。（c-f）与、或者、与非、或者非门。（g）对于在动态按压输入旌旗灯号（X，Y），四种门电路的输出曲线。

高分辩率三轴力传感器

比拟在单向力传感器，可以或许同时检测压力巨细与标的目的的三轴力传感器更能顺应呆板人手、周详手术和工程节制等范畴的多元化需要。这项事情提出了一款正向压力丈量规模可达200mN，程度及垂直标的目的的分辩率均为2mN，且有用面积仅有1.3妹妹×1.3妹妹×1.4妹妹的三轴力传感器。传感器基在具备蓝宝石衬底的氮化镓光电器件，包罗单片集成的一个光发射器与四个光探测器。本事情将器件以倒装方式封装在PCB上，并于器件上方固定PDMS软帽层。当PDMS帽层被按压时四个光探测器的蓝宝石界面处的折射率比值发生变化，而且四个光电检测器的光生电流响应地转变。检测到的光生电流变化便可用来表征力的标的目的与巨细。该器件于永劫间事情状况下体现出优良的反复性。该论文第一作者为学院2021级博士生尹嘉豪。

图 3.（a）器件分层示用意。（b），（c）封装后的器件什物图。（d）器件详细尺寸。（e）三轴力传感器。（f-h）传感器于常态、垂直应力状况、程度应力状况时的示用意。

李携曦助理传授为上述论文通信作者，南边科技年夜学深港微电子学院为上述论文第一通信单元。

相干论文列表：

[1] F. Geng, B. Yu and K. H. Li, Fast Response PDMS/GaN Optical Vacuum Microsensors, in IEEE Electron Device Letters, vol. 44, no. 2, pp. 301-304, Feb. 2023, doi: 10.1109/LED.2022.3227948.

[2] J. Yin, B. Yu, Y. Luo, Q. Wang, H. Yu and K. H. Li, Optomechanical Switches and Logic Gate Functions Based on GaN-on-Sapphire Devices Integrated With PDMS Membranes, in IEEE Electron Device Letters, vol. 44, no. 7, pp. 1192-1195, July 2023, doi: 10.1109/LED.2023.3281809.

[3] J. Yin, Y. Luo, L. Chen, Q. Wang, H. Yu and K. H. Li, High-Resolution Optical Three-Axis Tactile Microsensor Based on III-Nitride Devices with Integrated PDMS Bumps, in IEEE Electron Device Letters, doi: 10.1109/LED.2023.3325467.