Ultrahigh-Sensitivity Piezoresistive Pressure Sensors for Detection of Tiny Pressure

材料科学 灵敏度(控制系统) 检出限 压力传感器 光电子学 压阻效应 再现性 二极管 极限(数学) 响应时间 纳米技术 电子工程 计算机科学 机械工程 统计 计算机图形学(图像) 工程类 数学分析 数学
作者
Hongwei Li,Kunjie Wu,Zeyang Xu,Zhongwu Wang,Yancheng Meng,Liqiang Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (24): 20826-20834 被引量:180
标识
DOI:10.1021/acsami.8b03639
摘要

High-sensitivity pressure sensors are crucial for the ultrasensitive touch technology and E-skin, especially at the tiny-pressure range below 100 Pa. However, it is highly challenging to substantially promote sensitivity beyond the current level at several to 200 kPa-1 and to improve the detection limit lower than 0.1 Pa, which is significant for the development of pressure sensors toward ultrasensitive and highly precise detection. Here, we develop an efficient strategy to greatly improve the sensitivity near to 2000 kPa-1 using short-channel coplanar device structure and sharp microstructure, which is systematically proposed for the first time and rationalized by the mathematic calculation and analysis. Significantly, benefiting from the ultrahigh sensitivity, the detection limit is improved to be as small as 0.075 Pa. The sensitivity and detection limit are both superior to the current levels and far surpass the function of human skin. Furthermore, the sensor shows fast response time (50 μs), excellent reproducibility and stability, and low power consumption. Remarkably, the sensor shows excellent detection capacity in the tiny-pressure range, including light-emitting diode switching with a pressure of 7 Pa, ringtone (2-20 Pa) recognition, and ultrasensitive (0.1 Pa) electronic glove. This work represents a performance and strategic progress in the field of pressure sensing.
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