一种压电传感器、压力检测装置、制作方法及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种压电传感器、压力检测装置、制作方法及检测方法。压电传感器包括：位于基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源层；与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。当外力使基板发生弯曲时，导致压电层产生正压电效应，即压电层上下表面产生正或负的束缚电荷。在下表面的束缚电荷的电场作用下，有源层的能带会发生弯曲，导致薄膜晶体管沟道的载流子浓度发生改变，致使源漏电流发生改变。若扫描到源漏电流的变化，可视为检测到相应的压力信号。显然，通过对薄膜晶体管的开关控制即可实现对压电传感器的控制，因此本发明专利技术的压电传感器可应用于一些需要以阵列方式进行布局的电子器件中。

A piezoelectric sensor, pressure detection device, fabrication method and detection method

The invention provides a piezoelectric sensor, a pressure detection device, a manufacturing method and a detection method. The piezoelectric sensor includes: a thin film transistor located on the substrate, the thin film transistor includes an active layer, and a piezoelectric layer that is in contact with the active layer of the thin film transistor. When the external force causes the substrate to bend, the piezoelectric layer produces a positive piezoelectric effect, that is, the positive or negative bound charges are produced on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer. Under the action of the electric field of the bound surface of the lower surface, the energy band of the active layer will bend, leading to the change of carrier concentration in the channel of the thin film transistor, resulting in the change of the source and drain current. If the change of the source leakage current is scanned, the corresponding pressure signal can be detected. Obviously, the control of piezoelectric sensors can be realized by switching control of thin film transistors. Therefore, the piezoelectric sensors of this invention can be applied to some electronic devices that need to be arranged in an array manner.

【技术实现步骤摘要】
一种压电传感器、压力检测装置、制作方法及检测方法
本专利技术涉及压电传感器的
，特别是一种压电传感器、压力检测装置、制作方法及检测方法。
技术介绍
压电传感器是依据电介质压电效应研制的一类传感器。所谓压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。现有的压电传感器包括第一电极层、第二电极层和压电层，其中，压电层位于第一电极层、第二电极层之间，当压电层形成正负相反的电荷时，会在第一电极层、第二电极层之间形成电流。近年来，随着物联网领域的深入，与人体压力传感相关的柔性电子学开始得到广泛关注，比如电子皮肤等。这些电子器件往往需要设置阵列式的压电传感器，而目前上述压电传感器的结构难以支持集成化，高灵敏度阵列式控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够适合阵列式设置的集成化及高灵敏度压电传感器的方案。一方面，本专利技术的实施例提供一种压电传感器，包括：位于基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源层；与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。可选地，对应所述薄膜晶体管的源电极和漏电极之间的沟道区相接触。可选地，所述有源层至少在与所述压电层接触的一侧由半导体纳米材料形成。可选地，所述有源层由半导体纳米材料形成。可选地，所述半导体纳米材料包括以下至少一者：MoS2、半导体性的碳纳米管、硅纳米线和III-V族纳米线。可选地，所述压电层的形成材料包括：聚偏氟乙烯。可选地，所述基板为柔性基板。另一方面，本专利技术的实施例还提供一种压电传感器的制作方法，包括：提供一基板；在所述基板上制备薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘层、有源层、源电极和漏电极；形成与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。可选地，所述制作方法具体包括：在基板上形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极；形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜。可选地，所述制作方法具体包括：在基板上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜；形成栅绝缘层；形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极。又一方面，本专利技术的实施例还提供一种压力检测装置，包括：多个以阵列排布的如上所述的压电传感器；多个第一信号线，每个第一信号线与至少一个压电传感器的栅电极连接；多个第二信号线，每个第二信号线与至少一个压电传感器的源电极连接；多个第三信号线，每个第三信号线与至少一个压电传感器的漏电极连接；控制器，用于向所述多个第一信号线、所述第二信号线加载信号，并从所述多个第三信号线上接收信号。还一方面，本专利技术的实施例还提供一种压力检测装置的制作方法，包括：在基板上制作多个阵列排布的压电传感器；形成多个第一信号线，每个第一信号线与至少一个压电传感器的栅电极连接；形成多个第二信号线，每个第二信号线与至少一个压电传感器的源电极连接；形成多个第三信号线，每个第三信号线与至少一个压电传感器的漏电极连接。可选地，所述制作方法具体包括：在基板上形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极；形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜；通过构图工艺在所述PVDF聚合物薄膜上形成露出栅电极的第一过孔、露出源电极的第二过孔以及露出漏电极的第三过孔；通过溅射工艺沉积导电材料，形成第一信号线、第二信号线和第三信号线，其中所述第一信号线通过所述第一过孔与栅电极连接，所述第二信号线通过所述第二过孔与源电极连接，所述第三信号线通过所述第三过孔与漏电极连接。可选地，所述制作方法具体包括：在基板上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜；通过构图工艺在所述PVDF聚合物薄膜上形成露出源电极的第四过孔以及露出漏电极的第五过孔；形成栅绝缘层；通过构图工艺在所述栅绝缘层上形成露出源电极的第六过孔以及露出漏电极的第七过孔；所述第六过孔与所述第四过孔形成露出源电极第八过孔，所述第五过孔与所述第七过孔形成露出源电极第九过孔；形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极；通过溅射工艺沉积导电材料，形成第一信号线、第二信号线和第三信号线，其中所述第一信号线通与栅电极连接，所述第二信号线通过所述第八过孔与源电极连接，所述第三信号线通过所述第九过孔与漏电极连接。此外，本专利技术的实施例还提供一种检测方法，应用于本专利技术实施例提供的上述压力检测装置，包括：向第一信号线加载第一信号，以使所述第一信号线对应的压电传感器的源电极和漏电极之间的链路导通；向第二信号线加载第二信号，使得所述第二信号从所述第二信号线对应的压电传感器的源电极流向与该压电传感器的漏电极连接的第三信号线，以形成第三信号；接收第三信号线输出的第三信号；对比同一压电传感器的第二信号与第三信号，以确定该压电传感器的源漏电流，若所述源漏电流大于或等于预设阈值，则确定在该压电传感器的位置检测到压力变化。本专利技术的上述方案具有如下有益效果：基于本专利技术的设计，当外力施加在压电传感器时，使基板发生弯曲，导致压电层产生正压电效应，即压电层上下表面产生正或负的束缚电荷。在下表面的束缚电荷的电场作用下，有源层的能带会发生弯曲，导致薄膜晶体管沟道的载流子浓度发生改变，致使源漏电流发生改变。若扫描到源漏电流的变化，可视为检测到相应的压力信号。本实施例的压电传感器基于薄膜晶体管结构，因此能够通过对薄膜晶体管的开关控制即可实现对压电传感器的控制，可以应用于一些要求压电传感器以阵列式布局的电子器件中。附图说明图1为本专利技术实施例提供的压电传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的压电传感器的制作方法的流程示意图；图3和图4为本专利技术实施例提供的压力检测装置的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的压力检测装置在实际应用中的工作示意图；图6为本专利技术实施例提供的压力检测装置的制作方法的流程示意图；图7为本专利技术实施例提供的检测方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电传感器，其特征在于，包括：位于基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源层；与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。

【技术特征摘要】
1.一种压电传感器，其特征在于，包括：位于基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源层；与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。2.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述压电层至少与所述有源层对应所述薄膜晶体管的源电极和漏电极之间的沟道区相接触。3.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述有源层至少在与所述压电层接触的一侧由半导体纳米材料形成。4.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述有源层由半导体纳米材料形成。5.根据权利要求3或4所述的压电传感器，其特征在于，所述半导体纳米材料包括以下至少一者：MoS2、半导体性的碳纳米管、硅纳米线和III-V族纳米线。6.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述压电层的形成材料包括：聚偏氟乙烯。7.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述基板为柔性基板。8.一种压电传感器的制作方法，其特征在于，包括：提供一基板；在所述基板上制备薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源层；形成与所述薄膜晶体管的有源层相接触的压电层。9.根据权利要求8所述制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括：在基板上形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极；形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜。10.根据权利要求8所述制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括：在基板上形成半导体纳米材料层，通过构图工艺使所述半导体纳米材料层至少形成薄膜晶体管的有源层的一层；形成源漏金属层，通过构图工艺使所述源漏金属层形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；涂布PVDF溶液，经退火后形成与有源层接触且作为压电层的PVDF聚合物薄膜；形成栅绝缘层；形成栅金属层，通过构图工艺使栅金属层形成薄膜晶体管的栅电极。11.一种压力检测装置，其特征在于，包括：多个以阵列排布的如权利要求1-7任一项所述的压电传感器；多个第一信号线，每个第一信号线与至少一个压电传感器的栅电极连接；多个第二信号线，每个第二信号线与至少一个压电传感器的源电极连接；多个第三信号线，每个第三信号线与至少一个压电传感器的漏电极连接；控制器，用于向所述多个第一信号线、所述第二信号线加载信号，并从所述多个第三信号线上接收信号。12.一种压力检测装置的制作方法，其特征在于，包括：在基板上制作多个阵列排布的压电传感器；形成多个第一信号线，每个第一信号线与至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟虎，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11