一种脉搏压力传感器、芯片、装置、系统及其制备方法制造方法及图纸

本申请涉及一种脉搏压力传感器、芯片、装置、系统及其制备方法，该传感器由有机晶体管构成，其特征在于：所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，在所述绝缘衬底上依次平行相邻设置源、栅和漏金属电极，在所述源、漏金属电极上设置有源层，在所述有源层和金属电极之上设置介电薄膜，且所述有源层与所述介电薄膜之间通过空气间隔。其中的介电薄膜为具有弹性、矩形凹槽结构的凝胶。所述有机晶体管的金属电极通过柔性导线引出，从而实现脉搏压力信号的检测。该传感器、芯片、装置、系统具有柔性、超薄、低工作电压、高灵敏度的特点，可用于可穿戴设备中，可以实现脉搏压力信号的持续性检测。

Pulse pressure sensor, chip, device, system and preparation method thereof

The invention relates to a pulse pressure sensor, chip, device, system and a preparation method thereof. The sensor is composed of organic transistor, which is characterized in that the organic transistor includes an insulating substrate, a metal electrode, an active layer, a dielectric film on the insulating substrate in turn set parallel source, gate and drain metal the electrode, an active layer disposed on the source and drain electrode, a dielectric film provided over the active layer and metal electrode, and between the active layer and the dielectric film by air gap. The dielectric film is a gel having an elastic, rectangular groove structure. The metal electrode of the organic transistor is led out through a flexible lead wire so as to realize the detection of the pulse pressure signal. The sensor, chip, device and system have the characteristics of flexible, ultra-thin, low working voltage and high sensitivity. They can be used in wearable devices to realize the continuous detection of pulse pressure signals.

【技术实现步骤摘要】
一种脉搏压力传感器、芯片、装置、系统及其制备方法
本申请涉及一种基于脉搏压力传感器、芯片、装置、系统及其制备方法，特别涉及一种基于柔性、透明、超薄、低电压有机晶体管的脉搏压力传感器、装置、系统及其制备方法。
技术介绍
生命体征是用来判断病人的病情轻重和危急程度的指征，对其进行长期实时的监测具有重要意义。传统的生命体征检测和监测设备价格昂贵，操作复杂，并且体积庞大，适用于医院、检验机构等。未来人体生命体征的检测和监测设备必然会向体积小，价格低，操作简单，低工作电压等方向发展。在脉搏监测领域，脉搏压力信号的实时、连续、高灵敏度、低电压探测是目前国内外学者主要的研究方向。基于有机薄膜晶体管的脉搏压力传感器具有柔性、制备成本低廉、灵敏度高、生物兼容性好等特点,在无创健康监测方面具有潜在的应用价值优势。然而，传统的有机薄膜晶体管厚度较大，无法完全贴附于非平整的皮肤表面；工作电压过高,无法适合于具有长续航能力的可穿戴设备中。
技术实现思路
为了解决现有技术中芯片的工作电压大、体积庞大、无法实施持续测量等技术问题，本申请提出一种基于柔性、超薄有机晶体管的可穿戴脉搏压力传感器芯片，该传感器由有机晶体管构成，所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，在所述绝缘衬底上依次平行相邻设置源、栅和漏金属电极，在所述源、漏金属电极上设置有源层，在所述有源层和金属电极之上设置介电薄膜，且所述有源层与所述介电薄膜之间通过空气间隔。所述的脉搏压力传感器，其中，所述的有机晶体管的绝缘衬底为柔性薄膜。所述的脉搏压力传感器，其中，所述有机晶体管的源、漏和栅金属电极通过异方性导电胶膜分别引出，所述晶体管贴敷于皮肤表面，在胶膜导线的栅极和漏极上施加一定电压，源极上随脉搏压力实时变化的电流通过输出电路读出，实现脉搏压力信号检测过程。所述的脉搏压力传感器，其中，所述的介电薄膜的上表面为平面形状，作为脉搏压力信号的接触面，下表面为矩形凹槽结构，作为脉搏压力信号的感应面。所述的脉搏压力传感器，其中，所述凹槽结构根据有机薄膜晶体管中有源区源、漏电极的形状而调整，包括矩形、圆形、椭圆形至少之一。所述的脉搏压力传感器，其中，所述有源层为有机半导体薄膜层，所述的介电薄膜的材料为柔性、弹性的凝胶。所述的脉搏压力传感器，其中，在所述有源层、金属电极之上利用贴敷方法设置介电薄膜。所述的脉搏压力传感器，其中，所述凝胶包括水凝胶、离子凝胶至少之一。所述的脉搏压力传感器，其中，所述凝胶的制备材料包括海藻酸钠（Alginate），丙烯酰胺（Acrylamide）,过硫酸铵（ammoniumpersulphate），N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（N,N′-Methylenebisacrylamide），硫酸钙（Calciumsulfateslurry(CaSO4·2H2O）,1,2-双(二甲基氨基)乙烷（N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine）。所述的脉搏压力传感器，其中，所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面未探测到压力或者压力小于某个阈值时，有源层中无法积累电荷，无法形成导电沟道，输出的电流处于较低的量级。所述的脉搏压力传感器，其中，所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面探测到压力时，介电薄膜下表面与有源层接触面将随压力的变化而变化，从而在凝胶-有源层界面形成大小不同的电容，在有源层靠近界面处的导电沟道中积累的电荷数量也随之改变，并产生相应的电流变化。一种脉搏压力检测芯片，其中，包括上述所述的脉搏压力传感器。一种脉搏压力检测装置，其中，包括上述所述的脉搏压力检测芯片。一种脉搏压力检测系统，其中，包括上述所述的脉搏压力检测装置。一种脉搏压力传感器的检测方法，该传感器由有机晶体管构成，所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，所述介电薄膜的材料为柔性、弹性的凝胶；包括如下步骤：（1）所述传感器在一定的工作电压下，凝胶的上表面未探测到压力或者压力小于某个阈值时，有源层中无法积累电荷，无法形成导电沟道，输出的电流处于较低的量级；（2）所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面探测到压力时，介电薄膜下表面与有源层接触面将随压力的变化而变化，从而在凝胶-有源层界面形成大小不同的电容，在有源层靠近界面处的导电沟道中积累的电荷数量也随之改变，并产生相应的电流变化。一种如上述任一项所述的脉搏压力传感器的制备方法，其中，矩形凹槽水凝胶膜的制备包括如下步骤：1、制备水凝胶模具；2、制备水凝胶薄膜。所述的制备方法，其中，所述步骤1具体为：（1）制备光刻掩膜板，其透光部分为长度大约为7毫米，宽度大约为5毫米的矩形窗口；其透光部分的面积比有源层略大；（2）选用硅片作为模具材料，在该硅片上凃甩负光刻胶，通过光刻工艺在该衬底上形成具有步骤（1）中所述的长度大约为7毫米，宽度大约为5毫米的光刻胶结构；（3）通过干法或湿法刻蚀工艺，将衬底上未被光刻胶保护的部分刻蚀100微米左右深度，制得所需要的模具。所述的制备方法，其中，所述步骤2具体为：（1）将海藻酸钠和丙烯酰胺粉末按一定的质量比加入去离子水中，静置至完全溶解；（2）在所述步骤（1）中的溶液，加入适量的过硫酸铵和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺；（3）将溶液抽真空，再把抽完真空的溶液倒入玻璃培养皿中；（4）在溶液中加入少量硫酸钙和1,2-双(二甲基氨基)乙烷；（5）将溶液放置在50℃恒温水浴，并在波长为254纳米、功率约为8瓦的紫外灯下照射1小时；（6）将溶液放置在一定湿度的容器中静置1天，并用氮气除去表面残留的水分。一种如上述任一项所述的脉搏压力传感器的制备方法，其中，有机晶体管的制备包括如下步骤：1、在硅衬底上制备柔性绝缘薄膜；2、在所述柔性薄膜上制备源、漏及栅金属电极；3、在所述源、漏电极上制备有源层；4、在所述有源层贴敷凝胶膜。所述的制备方法，其中，所述步骤1具体为：（1）通过匀胶工艺在硅片上凃甩聚酰胺酸溶液，前转的转速为每分钟500转，时间为5秒；后转的转速为每分钟3000转，时间为30秒；（2）将凃甩后的硅片静置于热台上以150℃加热5分钟，之后改变加热温度为250℃继续加热1小时左右。所述的制备方法，其中，所述步骤2具体为：（1）通过光刻工艺在所述的衬底上形成栅极、源极及漏极光刻胶图形，其中，源极、漏极的图形为叉指型结构，构成晶体管导电沟道；（2）通过热蒸镀方法首先蒸镀金属粘附层，其材料为铬或钛等金属，粘附层厚度在5纳米左右，之后蒸镀金薄膜，其金薄膜的厚度控制在100纳米左右；（3）将粘附有金属薄膜的衬底整体浸泡于丙酮溶液中，并通过超声清洗机进行光刻胶的剥离，制得晶体管的源、漏和栅电极。所述的制备方法，其中，所述步骤3具体为：（1）在天平上称量质量为5毫克的有机聚合物半导体材料；（2）取1毫升的二氯苯或氯仿溶剂，将上述有机半导体材料溶于该溶剂中；（3）在配置好的溶液中加入磁珠，并置于磁力搅拌器上搅拌均匀，同时将搅拌器的温度调至90℃，搅拌约5小时；（4）通过滤膜进行过滤处理，以期能排除溶液中无法溶解的大颗粒；（5）取一片所述的覆盖有源漏电极及栅电极的衬底，置于烧杯中，倒入适量的丙酮溶液，在超声清洗机中清洗10分钟；倒掉废液，再倒入适量的异丙醇溶液，在超声清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉搏压力传感器，该传感器由有机晶体管构成，其特征在于：所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，在所述绝缘衬底上依次平行相邻设置源、栅和漏金属电极，在所述源、漏金属电极上设置有源层，在所述有源层和金属电极之上设置介电薄膜，且所述有源层与所述介电薄膜之间通过空气间隔。

【技术特征摘要】
1.一种脉搏压力传感器，该传感器由有机晶体管构成，其特征在于：所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，在所述绝缘衬底上依次平行相邻设置源、栅和漏金属电极，在所述源、漏金属电极上设置有源层，在所述有源层和金属电极之上设置介电薄膜，且所述有源层与所述介电薄膜之间通过空气间隔。2.如权利要求1所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述的有机晶体管的绝缘衬底为柔性薄膜。3.如权利要求1所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述有机晶体管的源、漏和栅金属电极通过异方性导电胶膜分别引出，所述晶体管贴敷于皮肤表面，在胶膜导线的栅极和漏极上施加一定电压，源极上随脉搏压力实时变化的电流通过输出电路读出，实现脉搏压力信号检测过程。4.如权利要求1所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述的介电薄膜的上表面为平面形状，作为脉搏压力信号的接触面，下表面为矩形凹槽结构，作为脉搏压力信号的感应面。5.如权利要求4所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述凹槽结构根据有机薄膜晶体管中有源区源、漏电极的形状而调整，包括矩形、圆形、椭圆形至少之一。6.如权利要求1所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述有源层为有机半导体薄膜层，所述的介电薄膜的材料为柔性、弹性的凝胶。7.如权利要求6所述的脉搏压力传感器，其特征在于：在所述有源层、金属电极之上利用贴敷方法设置介电薄膜。8.如权利要求6所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述凝胶包括水凝胶、离子凝胶至少之一。9.如权利要求8所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述凝胶的制备材料包括海藻酸钠（Alginate），丙烯酰胺（Acrylamide）,过硫酸铵（ammoniumpersulphate），N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（N,N′-Methylenebisacrylamide），硫酸钙（Calciumsulfateslurry(CaSO4·2H2O）,1,2-双(二甲基氨基)乙烷（N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine）。10.如权利要求6所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面未探测到压力或者压力小于某个阈值时，有源层中无法积累电荷，无法形成导电沟道，输出的电流处于较低的量级。11.如权利要求6所述的脉搏压力传感器，其特征在于：所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面探测到压力时，介电薄膜下表面与有源层接触面将随压力的变化而变化，从而在凝胶-有源层界面形成大小不同的电容，在有源层靠近界面处的导电沟道中积累的电荷数量也随之改变，并产生相应的电流变化。12.一种脉搏压力检测芯片，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的脉搏压力传感器。13.一种脉搏压力检测装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的脉搏压力检测芯片。14.一种脉搏压力检测系统，其特征在于，包括如权利要求13所述的脉搏压力检测装置。15.一种脉搏压力传感器的检测方法，该传感器由有机晶体管构成，其特征在于：所述有机晶体管包括绝缘衬底、金属电极、有源层、介电薄膜，所述介电薄膜的材料为柔性、弹性的凝胶；包括如下步骤：（1）所述传感器在一定的工作电压下，凝胶的上表面未探测到压力或者压力小于某个阈值时，有源层中无法积累电荷，无法形成导电沟道，输出的电流处于较低的量级；（2）所述传感器在一定的工作电压下，所述凝胶的上表面探测到压力时，介电薄膜下表面与有源层接触面将随压力的变化而变化，从而在凝胶-有源层界面形成大小不同的电容，在有源层靠近界面处的导电沟道中积累的电荷数量也随之改变，并产生相应的电流变化。16.一种如权利要求1-11任一项所述的脉搏压力传感器的制备方法，其特征在于：矩形凹槽水凝胶膜的制备包括如下步骤：1、制备水凝胶模具；2、制备水凝胶薄膜。17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1具体为：（1）制备光刻掩膜板，其透光部分面积比有源层略大；（2）选用硅片作为模具材料，在该硅片上凃甩负光刻胶，通过光刻工艺在该衬底上形成具有步骤（1）中所述的长度大约为7毫米，宽度大约为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海华，邓刊，吕莹，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44