一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，包括双栅薄膜晶体管和在所述双栅薄膜晶体管的顶栅极耦合的物理场中的一种或多种；所述物理场包括光场、热场、力场或磁场。所述物理场为热场和力场。所述基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器包括集成于同一柔性衬底并且相互独立的至少两个双栅薄膜晶体管；其中，至少一个所述双栅薄膜晶体管的顶栅极表面设有极化的压电材料或非极化的压电材料；所述压电材料的表面还设有金属材料。采用本发明专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，与不同的物理场耦合，可以形成多种不同功能的传感器。

A multifunctional sensor based on double gate thin film transistors and its preparation method

The invention discloses a multifunctional sensor dual gate thin film transistor based on one or more physical field including dual gate thin film transistor and a top gate coupled to the dual gate thin film transistor in the physical field; including light field, thermal field and stress field or magnetic field. The physics field is thermal field and force field. Multifunctional sensor dual gate thin film transistor includes integrated on a flexible substrate and at least two independent double gate thin film transistor based on the top surface of the gate; wherein, at least one of the dual gate thin film transistor with polarized piezoelectric material or non polarized piezoelectric materials; the piezoelectric materials the surface is provided with a metal material. The multifunctional sensor based on double gate thin-film transistors, which is coupled with different physical fields, can form a variety of sensors with different functions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器及其制备方法。
技术介绍
作为大面积电子产品的基础性组成部分，双栅薄膜晶体管及其相关产品享受了激动人心的开发实施时间。其主要应用平板显示器已经成长为数十亿美元的行业，并持续蓬勃发展。然而，非显示应用中TFT的潜力很少被探索，尚未成熟。例如，柔性电子皮肤是一种新型机器人皮肤，其应用于仿人型机器人上，可拥有柔性可弯折的特点。同时还可以作用于其表面，用来检测压力和周围环境的温度。现阶段大部分电子皮肤采用多种不同材料实现压力与温度的检测，导致其制备工艺变得非常复杂。例如，在集成电容式压力传感器时，通常会有相邻原件之间的串扰的问题,这样会影响期间的检测精度；在集成CMOS的压力传感器时，则会有制作成本高和无法兼容柔性衬底的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一目的在于：专利技术一种集成的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，与不同的物理场耦合，可以形成多种不同功能的传感器。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，包括双栅薄膜晶体管和在所述双栅薄膜晶体管的顶栅极耦合的物理场中的一种或多种；所述物理场包括光场、热场、力场或磁场。进一步地，所述物理场为热场和力场。进一步地，包括集成于同一柔性衬底并且相互独立的至少两个双栅薄膜晶体管；其中，至少一个所述双栅薄膜晶体管的顶栅极表面设有极化的压电材料或非极化的压电材料；所述压电材料的表面还设有金属材料。进一步地，所述压电材料为聚偏氟乙烯PVDF。进一步地，所述双栅薄膜晶体管与非极化的压电材料、金属材料形成温度传感器。进一步地，所述双栅薄膜晶体管的顶栅极、非极化的压电材料和金属材料形成可变电容。进一步地，所述双栅薄膜晶体管的源极接地。进一步地，所述双栅薄膜晶体管与极化压电材料、金属材料形成压力传感器。进一步地，所述极化的压电材料的顶层与双栅薄膜晶体管的源极连接，并且接地。为了解决上述问题，本专利技术的第二目的在于：提供一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器中集成温度和压力传感的传感器的制备工艺，具有制作简单、效率高的特点，同时制备出的传感器不会存在串扰问题。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器的制备方法，包括如下步骤：在柔性衬底表面分别溅射一层金属并图形化，形成至少两个独立的底栅极；利用薄膜沉积工艺，在至少两个底栅极上分别依次沉积底栅绝缘层和有源层；利用湿法或干法刻蚀工艺，在至少两个有源层表面分别对应形成至少两组源极和漏极；利用薄膜沉积工艺，在每组所述源极和漏极上沉积顶栅绝缘层；在所述顶栅绝缘层的表面分别涂布一层压电材料；在至少一层压电材料成膜后对其施加高电场极化，形成极化的压电材料；在所述极化的压电材料和未极化的压电材料上再沉积金属材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，通过在双栅薄膜晶体管的顶栅极耦合物理场，从而使得其不仅仅只是在显示领域，使得其在传感以及存储领域得以发展和推广，具体地，该物理场包括有光场、热场、力场或磁场，即双栅薄膜晶体管与光场耦合，形成光电传感器；与热场耦合，则形成温度传感器；与力场耦合，形成压力传感器；与磁场耦合，形成磁传感器，实际过程中，与忆阻器结合运用于定义0-1之间的逻辑，其将彻底革新当前的计算机和电子产品。与此同时，也可以是以上各物理场之间的有机组合，例如，热场与力场的结合，形成具有温度和压力传感的传感器。针对于该种传感器，在实际制备过程中，所述基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器是在同一柔性衬底表面上制作而成，并且具有压力传感的部分和具有温度传感的部分，二者的制备方法基本上一致，可以同步进行，只是在于顶栅极耦合的材料进行的极化或非极化的处理即可完成。从以上工艺上来比，首先，其无需采用多种不用材料来实现压力和温度的检测；同时，压力部分和温度部分的制备方法基本上一致，可以同步进行，大大节省了制备的时间，提升了效率，成本也就相应降低。另外，其也不存在将多种不同材料集成过程中造成的串扰问题，进而提供了检测的精度。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1是本专利技术实施例1所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器的结构示意简图；图2是本专利技术实施例1所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器中温度部分的等效电路图；图3是本专利技术实施例1所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器中压力部分的等效电路图；图4本专利技术实施例2所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器的结构示意简图；图5本专利技术实施例3所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器的等效电路图；图6本专利技术实施例4所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器的结构示意简图。图中：1：双栅薄膜晶体管10：源极11：顶栅极12：压电材料13：源极14：金属材料15：柔性衬底16：底栅绝缘层17：有源层18：顶栅绝缘层19：底栅极2：忆阻器具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，是通过将双栅薄膜晶体管1的顶栅极11与物理场进行耦合，形成不同功能的传感器。具体地，该物理场包括有光场、热场、力场或者磁场，其可以进行一种或多种的有机组合。实施例1：本实施例中的物理场包含热场和力场，即与双栅薄膜晶体管1进行耦合后，形成具有温度传感和压力传感的传感器，具体地，其包括集成于同一柔性衬底15并且相互独立的至少两个双栅薄膜晶体管1，其中，至少一个所述双栅薄膜晶体管1的顶栅极11表面设有极化的压电材料12或非极化的压电材料12；所述压电材料12的表面还设有金属材料14。也就是说，其中至少有一个是作为温度传感的部分，一个作为压力传感的部分。因此，在具体使用过程中，当外界温度的变化，导致非极化的压电材料的变化，即电容的变化，继而使得温度传感部分的双栅薄膜晶体管的电流发生变化，并且该电流变化便于采集和转化。另外，通过对器件工作偏压的调节，使其在亚阈值区工作，因电容变化引起的顶栅电压的微小变化可以导致电流指数数量级的变化，这样有效地提升了灵敏度。当外界压力的变化，导致极化的压电材料将压力转化为电压信号，并施加于双栅薄膜晶体管的顶栅并最终改变其输出电流大小。同样，当其工作于亚阈值区域时拥有最大的灵敏度。本专利技术所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，以两个双栅薄膜晶体管1为例。具体如图1所示，其包括两个双栅薄膜晶体管1，其中一个的顶栅极11的表面设有极化的压电材料12，另一个的顶栅极11的表面设有非极化的压电材料12，然后在压电材料12的表面均设有金属材料14。具体地，所述双栅薄膜晶体管1都为双栅极薄膜晶体管，其具体结构自下而上依次分布为：柔性衬底15、底栅绝缘层16、有源层17、顶栅绝缘层18；所述底栅绝缘层16内设有底栅极19，所述有源层内设有源极10和漏极13。其中，所述金属材料14本实施例中采用的是Au的材质，具有更好的特性；所述底栅绝缘层16和顶栅绝缘层18采用的是绝缘介质，本实施例采用的是氮化硅SiNx材质；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：包括双栅薄膜晶体管和在所述双栅薄膜晶体管的顶栅极耦合的物理场中的一种或多种；所述物理场包括光场、热场、力场或磁场。

【技术特征摘要】
1.一种基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：包括双栅薄膜晶体管和在所述双栅薄膜晶体管的顶栅极耦合的物理场中的一种或多种；所述物理场包括光场、热场、力场或磁场。2.根据权利要求1所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：所述物理场为热场和力场。3.根据权利要求2所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：包括集成于同一柔性衬底并且相互独立的至少两个双栅薄膜晶体管；其中，至少一个所述双栅薄膜晶体管的顶栅极表面设有极化的压电材料或非极化的压电材料；所述压电材料的表面还设有金属材料。4.根据权利要求3所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：所述压电材料为聚偏氟乙烯PVDF。5.根据权利要求3或4所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：所述双栅薄膜晶体管与非极化的压电材料、金属材料形成温度传感器。6.根据权利要求5所述的基于双栅薄膜晶体管的多功能传感器，其特征在于：所述双栅薄膜晶体管的顶栅极、非极化的压电材料和金属材料形成可变电容。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，李伟伟，冯肖，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44