用于触摸输入和触觉反馈应用的集成式压电悬臂致动器和晶体管制造技术

技术编号:15342686 阅读:129 留言:0更新日期:2017-05-17 00:13
可以生成用户反馈并且可以通过集成到电子设备中的单个半导体元件来接收用户输入。单个半导体元件可以包括与晶体管(例如薄膜晶体管)集成的压电悬臂致动器,使得致动器与晶体管电绝缘但机械地附接到晶体管。一种集成方式是将致动器的压电薄膜延伸到晶体管的栅电极叠层中。悬臂致动器可以被控制以提供触觉反馈。可以通过与悬臂致动器集成的晶体管而与悬臂致动器的控制独立地并且可能同时地接收用户输入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于触摸输入和触觉反馈应用的集成式压电悬臂致动器和晶体管对相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月26日提交的美国临时专利申请第62/185506号的优先权的权益,故通过引用的方式将其全部内容并入本文。
本公开内容涉及用户输入和与电子设备的交互。更具体地,本公开内容涉及对用户输入的处理以及通过压电悬臂向用户提供触觉反馈。
技术介绍
电子设备,尤其是消费性电子产品,必须通过用于从用户接收输入的装置和用于向用户提供输出的装置来与该设备的用户交互。输入的常规形式包括键盘和鼠标设备,还包括新型触摸屏设备。输出的常规形式包括数字式显示器和切换式灯,而且还包括新型液晶显示器(LCD)技术。许多电子设备提供的输出的另一种形式是触觉反馈。例如,许多智能手机包括转动质量电动机,该转动质量电动机在用户触摸屏幕时或者为了指示新的电子邮件或来电的通知时会震动。然而,这种触觉反馈是极其受限的,并且不局限于智能手机的任何特定部分。另外,电动机是较大的物体,其制约智能手机的设计并且限制设计者降低智能手机的厚度和其他尺寸的能力。此外,与由电动机所提供的能力相比,尤其是与智能手机内的基于薄膜半导体的元件相比,电动机消耗显著的功率。这些相同的电子设备中的许多依赖触觉传感以从用户接收输入。在图1中示出了一种常规的触觉传感技术。图1是具有电容式触摸屏的常规智能手机。智能手机100可以包括用于提供上述触觉反馈的转动质量电动机110。智能手机100还可以包括触摸屏120。触摸屏120的一部分被放大以显示包括透明材料122的屏幕120的剖面。透明材料122可以位于传感器124A至E上。传感器124A至E可以根据传感器124A至E中的每个传感器的电容变化来检测用户输入,例如施加到透明材料122的力。例如,用户按压传感器124C附近的屏幕120会导致屏幕120中的电容126B、126C和126D变化,而该变化可被传感器124B、124C和124D分别检测到。智能手机100内的处理器可以检测到电容126B、126C和126D的变化,并且将该变化与传感器124B、124C和124D的已知的x和y位置相关联,以确定用户输入的位置。电动机110和触摸屏120的配置将用户输入与触觉反馈分离。此外,触觉反馈之所以不与触摸屏120相关联是因为无法将触觉反馈传递到触摸屏120的特定位置。其它常规触觉传感技术例如包括基于随接触位置和/或所施加力变化的电阻变化对输入进行处理的电阻式或压阻式传感器。这些电阻式传感器消耗显著量的功率。另外,它们仅能够测量一个接触点,并且无法检测所施加的力的量。另一常规触觉传感技术是通过量子隧道效应将应力转化为调制电流密度的隧道效应传感器。然而,它们需要电荷耦合器件(CCD)摄像机,CCD摄像机体积大并且难以集成到电子设备中。另一种常规触觉传感技术是电容传感器,其基于接触点中的电容变化来检测输入。该技术提供静态检测,但是缺乏对所施加的力或压力的量进行量化的能力。其它的常规触觉传感技术包括基于超声波的传感器、光学传感器和基于磁的传感器。然而,这些传感器都由于重量和尺寸问题而难以集成到电子设备中。以上仅对常规电子设备以及那些设备的输入和输出的一些缺点作了说明。然而这些缺点说明需要对用户输入和用户反馈进行进一步改进,以改善电子设备、例如消费者的智能手机与用户交互的能力。
技术实现思路
可以生成用户反馈,并通过集成到电子设备中的单个半导体元件接收用户输入。单个半导体元件可以包括与晶体管(例如薄膜晶体管)集成的压电悬臂致动器,使得致动器与晶体管电绝缘但机械地附接到晶体管。一种集成方式是将致动器的压电薄膜延伸到晶体管的栅电极叠层中。压电薄膜通常可以是绝缘材料,使得金属膜可以放置在压电材料的远离晶体管的栅电极叠层的那部分周围。这些金属膜包括两个电极以在没有向对晶体管有影响的两个电极施加信号的情况下控制致动器的偏转。独立于致动器的受控偏转并在一些实施例中与其同时地,延伸到晶体管的栅电极叠层中的压电膜可以基于对致动器施加的力而改变晶体管的电气特性。压电膜延伸到晶体管中可以基于施加到致动器的力而在晶体管的栅电极叠层的界面处感应出电荷。感应电荷可以导致晶体管的阈值电压的改变,这可以通过耦接到晶体管的适当电路来检测。集成有晶体管和悬臂致动器的单个半导体元件可以是这样的元件的阵列的一部分。例如,阵列可以横跨跨越手套的多个手指的集成元件,或阵列可以横跨跨过智能手机中的显示设备的集成元件。这样的集成元件阵列可以由处理器进行协调以提供触觉反馈,例如模拟物理按钮。这种局部触觉反馈可以通过静态偏转的方式(例如在显示屏中弹出的按钮),或者通过使用悬臂致动器振动来传递。这样的集成元件阵列也可以用于接收用户输入,例如与由悬臂致动器所产生的升起的按钮交互的用户输入。悬臂致动器能够提供多信号检测,例如力、压力、振动和/或温度的检测。根据一个实施例,一种装置可以包括晶体管,所述晶体管包括至少源电极、漏电极和栅电极。该设备还可以包括含有压电材料的悬臂致动器,其中,所述悬臂致动器通过所述晶体管的所述栅电极电绝缘地但机械地连接到所述晶体管并且与所述晶体管集成,其中,所述悬臂致动器包括与所述源电极、所述漏电极和所述栅电极分离的至少两个电极,其中,所述至少两个电极包括第一电极和第二电极,并且其中,所述至少两个电极允许与通过所述源电极、所述漏电极和所述栅电极访问所述晶体管独立地同时致动所述悬臂致动器。根据另一个实施例,公开了一种能够向用户提供触觉反馈的电子设备。该电子设备可以包括触觉反馈设备的阵列,其中该触觉反馈设备的阵列的至少一个触觉反馈设备包括:晶体管,所述晶体管包括至少源电极、漏电极和栅电极的;以及含有压电材料的悬臂致动器。所述悬臂致动器可以通过所述晶体管的所述栅电极电绝缘地但机械地连接到所述晶体管并且与所述晶体管集成。所述悬臂致动器可以包括与所述源电极、所述漏电极和所述栅电极分离的至少两个电极。此外,所述至少两个电极可以允许与通过所述源电极、所述漏电极和所述栅电极访问所述晶体管独立地同时致动所述悬臂致动器。所述电子设备可以包括:移动设备、蜂窝电话、笔记本电脑、平板电脑、媒体播放器、全球定位系统(GPS)设备、电子书阅读器、贴片、和/或手套。根据进一步的实施例,一种方法可以包括:通过晶体管来检测指示对电子设备的用户输入的压电膜的感应电荷的变化,其中,所述压电膜与所述晶体管电绝缘,但机械地连接到所述晶体管;通过耦接到所述晶体管的处理器,至少部分地基于所述感应电荷的变化来确定是否有对传感器的压力,其中,所述感应电荷的变化是至少部分地基于耦接到所述压电膜的晶体管的阈值电压来确定的;通过所述处理器,至少部分地基于所确定的所述传感器处的压力来处理所述用户输入;和/或通过所述处理器,至少部分地基于所接收的用户输入来执行操作。根据另外的实施例,一种制造用于电子设备的单个半导体元件的方法可以包括:在基底上放置顶部栅结构;在顶部栅结构上放置有源半导体层以形成叠层;在该叠层上放置源电极和漏电极;在该叠层上放置压电层;在该叠层上的压电层上放置顶部栅电极;和/或图案化该叠层以形成各个栅格,每个栅格包括晶体管和悬臂致动器。根据一个实施例,一种操作具有集成有晶体管和悬臂致动器的单个半导体元件的电子设备的方法可本文档来自技高网
...
用于触摸输入和触觉反馈应用的集成式压电悬臂致动器和晶体管

【技术保护点】
一种装置,包括:晶体管,所述晶体管包括至少源电极、漏电极和栅电极;以及包括压电材料的悬臂致动器,其中,所述悬臂致动器通过所述晶体管的所述栅电极电绝缘地但机械地连接到所述晶体管并且与所述晶体管集成,其中,所述悬臂致动器包括与所述源电极、所述漏电极和所述栅电极分离的至少两个电极,其中,所述至少两个电极包括第一电极和第二电极,并且其中,所述至少两个电极允许与通过所述源电极、所述漏电极和所述栅电极访问所述晶体管独立地同时致动所述悬臂致动器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.26 US 62/185,5061.一种装置,包括:晶体管,所述晶体管包括至少源电极、漏电极和栅电极;以及包括压电材料的悬臂致动器,其中,所述悬臂致动器通过所述晶体管的所述栅电极电绝缘地但机械地连接到所述晶体管并且与所述晶体管集成,其中,所述悬臂致动器包括与所述源电极、所述漏电极和所述栅电极分离的至少两个电极,其中,所述至少两个电极包括第一电极和第二电极,并且其中,所述至少两个电极允许与通过所述源电极、所述漏电极和所述栅电极访问所述晶体管独立地同时致动所述悬臂致动器。2.如权利要求1所述的装置,还包括:耦接到所述晶体管的至少所述源电极、所述漏电极和所述栅电极的感测电路,其中,所述感测电路配置为通过感测所述晶体管的阈值电压的变化来检测施加到所述悬臂致动器的压力。3.如权利要求2所述的装置,其中,所述压电材料包括热电材料,并且其中,所述感测电路配置为检测所述悬臂致动器周围的环境温度。4.如权利要求1所述的装置,还包括:耦接到所述悬臂致动器的所述至少两个电极的触觉反馈电路。5.如权利要求4所述的装置,其中,所述触觉反馈电路配置为生成直流(DC)信号或交流(AC)信号,以偏转所述悬臂致动器。6.如权利要求5所述的装置,其中,所述触觉反馈电路配置为生成直流(DC)信号并模拟从表面升起的按钮。7.如权利要求5所述的装置,其中,所述触觉反馈电路配置为生成交流(AC)信号和抖动效应。8.如权利要求1所述的装置,其中,所述悬臂致动器包括PVDF,和/或所述悬臂致动器包括附接在所述压电材料的远离所述晶体管的远端处的负载。9.如权利要求1所述的装置,其中,所述晶体管包括以下各项中的至少一项:交错式底栅薄膜晶体管(TFT)、共面底栅TFT、交错式顶栅TFT和共面顶栅TFT。10.如权利要求1所述的装置,其中,所述晶体管和所述悬臂集成在显示设备中,其中,所述显示设备是电子设备的一部分,所述电子设备包括以下各项中的至少一种:移动设备、蜂窝式电话、笔记本电脑、平板电脑、媒体播放器、全球定位系统(GPS)设备和电子书阅读器。11.如权利要求1所述的装置,其中,所述晶体管还包括:第一半导体沟道区;第二半导体沟道区;在所述第一半导体沟道区和所述第二半导体沟道区上的介电层;和在所述第一半导体沟道区和所述第二半导体沟道区上的压电层,其中,所述栅电极在所述第一半导体沟道区上和所述第二半导体沟道区上延伸。12.如权利要求11所述的装置,其中,所述第一半导体沟道区包括p-型半导体,并且其中,所述第二半导体沟道区包括n-型半导体。13.如权利要求12所述的装置,还包括:耦接到所述第一半导体沟道区的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员:杰西·阿方索·卡拉韦奥·福乐易斯卡斯易普拉辛·胡韦什穆罕默德·N·阿尔迈德豪恩里达·贝拉
申请(专利权)人:沙特基础工业全球技术公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1