基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件及系统

本发明涉及摩擦控制的，尤其涉及一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件及系统。

背景技术：

1、微机电系统也叫作mems系统，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，为一套独立的智能系统，其具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定等优点，在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控和军事等领域都有着十分广阔的应用前景。

2、微机电系统是集合微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。对于微机电系统中的器件，较多都存在运动部件，任何部件的运动都必须经过三个过程：启动-移动-制动，其中，前两个过程要求尽可能低的摩擦，而制动则需要大的摩擦以实现更快的停止，使得摩擦控制尤为重要。

3、然而现有的微机电器件存在不可避免的磨损问题，使用液体润滑剂的摩擦控制方法虽然在一定程度上能够降低磨损，但在高外部负载、高温以及存在化学污染或真空环境中液体润滑剂将会失效，从而无法满足低磨损的要求，并且其仅能够起到降低摩擦力的效果，难以达到增加摩擦力加快制动的效果。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件及系统，以兼顾不同场景下的摩擦力需求。

2、第一方面，本发明提供了一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，包括：层叠设置的第一控制层和第二控制层；

3、所述第一控制层与所述第二控制层层相接触，且所述第一控制层与所述第二控制层之间可相对滑动，所述第一控制层和所述第二控制层的接触面为超滑接触面；

4、所述第一控制层与所述第二控制层之间形成半导体异质结；在向所述第一控制层和所述第二控制层施加不同的偏置电压时，所述第一控制层和所述第二控制层相对运动产生的摩擦力不同。

5、可选的，所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述第一控制层与所述第二控制层之间形成肖特基结；或者，

6、所述第一控制层与所述第二控制层均为半导体，且所述第一控制层与所述第二控制层之间形成pn结。

7、可选的，所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，还包括偏压电路，所述偏压电路的两端分别与所述第一控制层和所述第二控制层导通，且所述偏压电路还包括朝向所述第一控制层和所述第二控制层施加偏压的电压输出元件。

8、可选的，所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，还包括：位于所述第一控制层背离所述第二控制层一侧的第一金属层；所述第一控制层与所述第一金属层电连接；

9、其中，所述第一金属层的导电性大于所述第一控制层的导电性。

10、可选的，所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，还包括：位于所述第二控制层背离所述第一控制层一侧的第二金属层；所述第二控制层与所述第二金属层电连接；

11、其中，所述第二金属层的导电性大于所述第二控制层的导电性。

12、可选的，所述第一控制层包括与所述第二控制层接触的第一接触面，所述第二控制层包括与所述第一控制层接触的第二接触面；

13、所述第一接触面为范德华界面，所述第二接触面为原子级平整表面；或者，

14、所述第一接触面和所述第二接触面均为范德华界面；或者，

15、所述第一接触面为原子级平整表面，所述第二接触面为范德华界面。

16、可选的，当所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述导体包括所述范德华界面，所述半导体包括所述原子级平整表面时，所述导体的材料包括石墨或石墨烯，所述半导体的材料包括硅、砷化镓、铟镓砷、氧化锌、锗、氮化镓和磷化铟中的任意一种；或者，

17、当所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述导体和所述半导体均包括所述范德华界面时，所述导体的材料包括石墨或石墨烯，所述半导体的材料包括二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨和黑磷中的任意一种；或者，

18、当所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述导体包括所述原子级平整表面，所述半导体包括所述范德华界面时，所述导体的材料为金属材料，所述半导体的材料包括二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨和黑磷中的任意一种。

19、可选的，当所述第一控制层与所述第二控制层均为半导体，且p型半导体包括所述范德华界面，n型半导体包括所述原子级平整表面时，所述p型半导体的材料包括二硒化钨、二硫化钨和黑磷中的任意一种，所述n型半导体的材料包括砷化镓、氧化锌、氮化镓、磷化铟、硅和锗中的任意一种；或者，

20、当所述第一控制层与所述第二控制层均为半导体，且p型半导体和n型半导体均包括所述范德华界面时，所述p型半导体的材料包括二硒化钨、二硫化钨和黑磷中的任意一种，所述n型半导体的材料包括二硫化钼、二硒化钨和二硫化钨中的任意一种；或者，

21、当所述第一控制层与所述第二控制层均为半导体，且p型半导体包括所述原子级平整表面，n型半导体包括所述范德华界面时，所述p型半导体的材料包括硅、砷化镓和锗中的任意一种，所述n型半导体的材料包括二硫化钼、二硒化钨和二硫化钨中的任意一种。

22、可选的，在向所述第一控制层和所述第二控制层施加的偏置电压在预设偏置电压范围时，所述第一控制层和所述第二控制层相对运动产生的摩擦力为第一摩擦力；

23、在向所述第一控制层和所述第二控制层施加的偏置电压为第二偏置电压时，所述第一控制层和所述第二控制层相对运动产生的摩擦力为第二摩擦力；

24、其中，所述第二摩擦力大于所述第一摩擦力。

25、可选的，所述预设偏置电压范围为[-8v,8v]。

26、第二方面，本发明提供了一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制系统，包括：本发明提供的任一所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件。

27、本发明的技术方案，通过第一控制层与第二控制层的接触面超滑接触面，同时，第一控制层与第二控制层之间形成半导体异质结，在向第一控制层和第二控制层施加不同的偏置电压时，第一控制层和第二控制层相对运动产生的摩擦力不同，可以便于基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件的摩擦力从极低的状态到极高的状态进行连续的变化，从而能够适用于多种应用场景，并且本发明提供的微机电器件的摩擦力变化具有可逆性，使用寿命不受限制；同时，该摩擦控制器件无需使用润滑剂，具有很强的承载能力。

28、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，包括：层叠设置的第一控制层和第二控制层；

2.根据权利要求1所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述第一控制层与所述第二控制层之间形成肖特基结；或者，

3.根据权利要求1所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，还包括偏压电路，所述偏压电路的两端分别与所述第一控制层和所述第二控制层导通，且所述偏压电路还包括朝向所述第一控制层和所述第二控制层施加偏压的电压输出元件。

4.根据权利要求3所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，还包括：位于所述第一控制层背离所述第二控制层一侧的第一金属层；所述第一控制层与所述第一金属层电连接；

5.根据权利要求3所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，还包括：位于所述第二控制层背离所述第一控制层一侧的第二金属层；所述第二控制层与所述第二金属层电连接；

6.根据权利要求2所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，所述第一控制层包括与所述第二控制层接触的第一接触面，所述第二控制层包括与所述第一控制层接触的第二接触面；

7.根据权利要求6所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，当所述第一控制层与所述第二控制层中一层为导体，另一层为半导体，且所述导体包括所述范德华界面，所述半导体包括所述原子级平整表面时，所述导体的材料包括石墨或石墨烯，所述半导体的材料包括硅、砷化镓、铟镓砷、氧化锌、锗、氮化镓和磷化铟中的任意一种；或者，

8.根据权利要求6所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，当所述第一控制层与所述第二控制层均为半导体，且p型半导体包括所述范德华界面，n型半导体包括所述原子级平整表面时，所述p型半导体的材料包括二硒化钨、二硫化钨和黑磷中的任意一种，所述n型半导体的材料包括砷化镓、氧化锌、氮化镓、磷化铟、硅和锗中的任意一种；或者，

9.根据权利要求1所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，在向所述第一控制层和所述第二控制层施加的偏置电压在预设偏置电压范围时，所述第一控制层和所述第二控制层相对运动产生的摩擦力为第一摩擦力；

10.根据权利要求1所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件，其特征在于，所述预设偏置电压范围为[-8v,8v]。

11.一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制系统，其特征在于，包括：权利要求1-10任一项所述的基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件。

技术总结本发明公开了一种基于结构超滑的半导体异质结的摩擦控制器件及系统,该摩擦控制器包括：层叠设置的第一控制层和第二控制层；第一控制层与第二控制层相接触，且第一控制层与第二控制层之间可相对滑动，第一控制层和第二控制层的接触面为超滑接触面；第一控制层与第二控制层之间形成半导体异质结；在向第一控制层和第二控制层施加不同的偏置电压时，第一控制层和第二控制层相对运动产生的摩擦力不同。本发明的技术方案，通过改变第一控制层和第二控制层之间施加的偏置电压的大小，能够使其摩擦力从极低的状态到极高的状态进行连续的变化，从而能够适用于多种应用场景，并且本发明提供的摩擦控制器件的摩擦力变化具有可逆性，使用寿命不受限制。技术研发人员：黄轩宇,聂锦辉,谭子裴,郑泉水受保护的技术使用者：深圳清华大学研究院技术研发日：技术公布日：2024/3/4