压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法技术

一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法，其中压力传感器包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。上述压力传感器具有更高的灵敏度和集成度。

Pressure sensor, pressure sensor array and its preparation method

A pressure sensor, a pressure sensor array and a preparation method thereof, wherein the pressure sensor includes an organic thin film transistor, the organic thin film transistor includes a substrate, a substrate surface of the gate electrode, covering the gate electrode and the substrate, the insulating layer is positioned on the surface of the insulating layer, a source electrode and a drain electrode covered the source and drain electrodes and an insulating layer of the semiconductor layer; the organic thin film transistor semiconductor layer insulation pressure sensitive film, with the gap between the pressure sensitive film and the semiconductor layer; the top electrode is positioned on the surface of the pressure sensitive film. The pressure sensor has higher sensitivity and integration.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法
本专利技术涉及压力传感器
，尤其涉及一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器组件成为研究人员探索的热点课题之一。其中，柔性压力传感器尤其收到广泛的关注，在包括人工电子皮肤、柔性触屏、智能机器人及医疗健康领域具有非常广阔的市场前景。目前，对柔性压力传感器的研究可基于多种工作原理，主要包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。其中，基于有机薄膜晶体管(organicthinfilmtransistor,OTFT)构建柔性压力传感器具有以下优势：(1)所检测的压力信号变化可通过OTFT进行信号转化和放大，有利于传感器灵敏度的提升，便于与后续的信号处理电路集成；(2)可利用OTFT作为选择开关构建高分辨传感阵列；(3)OTFT具有低温加工，兼容大面积印刷涂布工艺的有点，适合耐热性差的普适化衬底材料，能够大大降低生产成本与能耗；(4)OTFT采用有机半导体和聚合物介电材料的组合，具有优异的机械柔性，适合实现超薄柔性的压力传感。基于薄膜晶体管的压力传感器最常用的方法使将压力敏感层作为栅绝缘层，如专利CN201410383678.2、CN201510469367.2、CN201510971268.4、CN201610390259.0、CN200580017560.7等。然而，基于这种集成方式的传感器的工作电压需要几十甚至上百伏，难以满足实际应用的需求。另一种方式是将压力敏感单元在OTFT体外，通过电极与OTFT器件进行集成，如专利CN201510052366.8、CN201510052439.3、CN201610181526.3、以及CN201410770984.1等。这种方式虽然能够有效地降低所制备的OTFT传感器件的工作电压，便于制备，但所感测的信号无法高效地耦合到OTFT器件中调控电流的变化，因此所获得的传感灵敏度普遍很低。而且，OTFT器件与传感单元采用横向集成的方式，并不适合用于实现高分辨率的压力传感阵列。因此，如何在满足低电压工作情况下取得高的灵敏度需要新的器件结构的设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法，提高压力传感器及其阵列的灵敏度并降低工作电压。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种压力传感器，包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。可选的，所述压力敏感薄膜与所述半导体层相对的表面具有规则微结构。可选的，所述规则微结构包括规则排列的锥形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者所述规则微结构包括规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm。可选的，所述压力敏感薄膜的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨基甲酸酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物中的一种或多种，厚度小于或等于60微米。可选的，所述绝缘层的材料的介电常数小于5，并且能够通过溶液法进行加工。可选的，所述半导体层、绝缘层以及栅电极之间构成的栅绝缘层单位电容小于10nF/cm2。可选的，还包括位于所述源电极与半导体层之间、漏电极与半导体层之间的单分子层。可选的，所述有机薄膜晶体管的半导体层的材料包括有机小分子、聚合物中的一种或两种，或者所述有机薄膜晶体管的半导体层的材料包括有机小分子或者聚合物与绝缘聚合物共混的材料。可选的，所述栅电极、源电极、漏电极和顶电极的材料为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器阵列，包括行扫描线、列扫描数据线、公共电极线和公共顶电极，还包括：多个如上所述的压力传感器，所述压力传感器按阵列排列；位于同一行的所述压力传感器的栅电极连接至对应的同一行扫描线；位于同一列的所述压力传感器的漏电极连接至对应的同一列扫描数据线；所述所有压力传感器的源电极连接至同一公共电极线；所有压力传感器的顶电极为同一公共顶电极。可选的，压力传感阵列中的压力敏感薄膜采用一大面积薄膜，覆盖所有压力传感器的有机薄膜晶体管。本专利技术的技术方案还提供一种压力传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成行扫描线和栅电极阵列，每一行的栅电极连接至对应的同一行扫描线；在所述栅电极阵列、行扫描线和衬底表面形成绝缘层；在所述绝缘层表面形成列扫描数据线、公共电极线、源电极阵列和漏电极阵列，同一列的漏电极连接至对应的同一列扫描数据线，同一列的源电极连接至对应的同一公共电极线；在所述绝缘层、源电极阵列和漏电极阵列表面形成半导体层；形成一侧表面具有顶电极的压力敏感薄膜；将所述压力敏感薄膜另一侧表面与所述半导体层表面贴合。可选的，所述压力敏感薄膜的形成方法包括：提供表面具有规则微结构的模板；在所述模板具有规则微结构的表面形成压力敏感薄膜；在所述压力敏感薄膜表面形成顶电极；将表面形成有顶电极的压力敏感薄膜从所述模板表面剥离。可选的，采用真空蒸镀、磁控溅射、光刻、喷墨打印、丝网印刷或凹版印刷的方式形成所述行扫描线、栅电极阵列、列扫描数据线、公共电极线、源电极阵列、漏电极阵列以及顶电极。可选的，还包括：在形成所述半导体层之前，采用自组装方式在所述源电极阵列和漏电极阵列表面形成单分子层。可选的，所述绝缘层的形成方法包括：采用旋涂、刮涂或喷墨打印工艺形成绝缘薄膜，然后对所述绝缘薄膜进行紫外交联或加热烘干处理以形成绝缘层。可选的，所述半导体层的形成方法包括：采用旋涂、刮涂、提拉或者喷墨打印工艺在所述绝缘层、源电极阵列和漏电极阵列表面形成半导体材料层，然后进行退火处理去除所述半导体材料层中的溶剂以形成半导体层。本专利技术的压力传感器将电容式压力敏感单元与有机薄膜晶体管集成，顶电极与薄膜晶体管的电极之间形成电容，当压力敏感薄膜受到压力作用变形，使得上述电容发生变化，导致薄膜晶体管的阈值电压发生偏移，输出的电流信号发生变化，从而实现压力传感。所述压力传感器将电容信号转变为电流信号，便于设计后端读取电路，并且，有机薄膜晶体管需要的电压小，沟道电流小有利于降低压力传感阵列的功耗；手指等物体在靠近电容式压力敏感单元时电容发生的变化使传感器电流发生变化，接触到传感器时可监测压力的大小，使传感器具有多种模式的检测能力；压力传感器中有机薄膜晶体管的栅绝缘电容与压力敏感单元的电容值接近，有利于改变有机薄膜晶体管的阈值电压，增大有机薄膜晶体管的电流变化量，提高传感器的灵敏度。本专利技术的压力传感器阵列中的压力传感器的压力敏感单元与有机薄膜晶体管形成纵向集成，有利于减小传感器的面积，易于制备高分辨率的传感器阵列；并且有机薄膜晶体管同时具有开关选择和电学信号转换的功能。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式的压力传感器的结构示意图；图2为本专利技术一具体实施方式的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，其特征在于，包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感薄膜与所述半导体层相对的表面具有规则微结构。3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述规则微结构包括规则排列的锥形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者所述规则微结构包括规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm。4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感薄膜的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨基甲酸酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物中的一种或多种，厚度小于或等于60微米。5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述绝缘层的材料的介电常数小于5，并且能够通过溶液法进行加工。6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述半导体层、绝缘层以及栅电极之间构成的栅绝缘层单位电容小于10nF/cm2。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括位于所述源电极与半导体层之间、漏电极与半导体层之间的单分子层。8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的半导体层的材料包括有机小分子、聚合物中的一种或两种，或者所述有机薄膜晶体管的半导体层的材料包括有机小分子或者聚合物与绝缘聚合物共混的材料。9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述栅电极、源电极、漏电极和顶电极的材料为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。10.一种压力传感器阵列，包括行扫描线、列扫描数据线、公共电极线和公共顶电极，其特征在于，还包括：多个如权利要求1～9中任一项所述的压力传感器，所述压力传感器按阵列排列；位于同一行的所述压力传感器的栅电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小军，陈苏杰，唐伟，赵家庆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31