本发明专利技术涉及基于应用在基板（１；１１）上的有机场效应晶体管（１０）的力传感器。根据本发明专利技术，其中施加在晶体管上的机械力产生一个源－漏电压或者是源－漏极电流（Ｉ↓［Ｄ］）的改变，由此对于施加的力，所述改变能分别作为可测量变量（Ｖ↓［测量］，Ｉ↓［测量］）被检测。检测本发明专利技术也涉及使用这种类型的力传感器的薄膜基压力传感器，使用多个这种类型的力传感器的一维或二维位置传感器，以及使用多个这种类型的力传感器的指纹传感器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括有机场效应晶体管的力传感器和基于所述力传感器的压力传感器，位置传感器和指纹传感器。
技术介绍
例如发生在人体触摸或者接触固体物体中产生的机械力的定性探测或定量测量，在实践中通过使用力传感器来执行，该力传感器通常是基于压电、电阻或电容的工作原理在压电力传感器中，与主动力成比例的电荷是通过石英或特殊压电陶瓷构成的晶体的机械形变在所述晶体的外部区域产生的。该过程产生的电能非常低，所以为了评价的目的需要一个具有高输入阻抗的电荷放大器。在电阻力传感器中，覆盖有导电聚合体的薄膜在作用力下被压在一个金属触点结构上，因此金属触点之间测量的电阻显著下降。由于聚合物层的特性，阻抗的改变跨越了一个相当宽的范围，相应地取决于施加的机械力的大小。薄膜力传感器被用在比如键盘或者电信号检测中。在电容力传感器中，位于两个导电区域之间的绝缘层通过作用力被加压，结构的电容在施加力的位置处增加。然而，电容的改变相对较小。WO 03/079,449A1(比较特别地图5结合说明书中第10和11页的相关描述)描述了也用于指纹传感器和二维位置传感器的力传感器。图5中示出的结构具有位于具有多个LED的像素阵列之上的传感器阵列，该阵列包括插入透明顶部电极层之间的由电介质或非常高阻抗材料制成的可压缩层，包括例如ITO，和底层导电阻挡材料以及绝缘整平层。当在材料叠层上施加压力时，电极层和导电阻挡材料层之间的距离就会改变，因此电介质材料上的电容产生了可测量的改变，或者在非常高的阻抗材料上的电阻减少。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供可以被多样使用的、制造成本低的力传感器，并且对其施加的力可以转换成在施加的力结束后可逆的可再现的测量电流或测量电压。本专利技术的第二目的在于详细说明使用至少一个这种类型的力传感器的压力传感器。本专利技术的第三目的在于详细说明使用一个这种类型的力传感器的一维或二维位置传感器。最后，本专利技术的第四目的在于详细说明使用一个这种类型的力传感器的指纹传感器。在下列文献中描述了在不同基板上的合适的并五苯晶体管的制造M.Halik等“Polymer gate dielectrics and conducting-polymercontacts for high-performance organic thin film transistors(高性能有机薄膜晶体管的聚合物栅极电介质及导电聚合物触点)”在高级材料，卷14，1717页(2002)；H.Klauk等“High-mobility polymergate dielectric pentancene thin film transitors(高可动性聚合物栅极并五苯薄膜晶体管)”在应用物理杂志，卷92，5259页(2002)，以及H.Klauk等“Pentacene organic transistors and ringoscillators in glass and on flexible polumeric substrates(并五苯有机晶体管和玻璃基板环形振荡器和柔性有机基板环形振荡器)”在Applied Physics Letter，卷82，4175页(2003)。依照本专利技术的第一方面，第一目的是通过基于施加在基板上的有机场效应晶体管的力传感器实现的，其中施加在晶体管上的机械力产生在源-漏电压或电流上的改变，该改变与所述力相关，每种情况对于作用力检测所述改变作为测量的量。有机场效应晶体管最好是具有由源极和漏极之间的并五苯形成的有源层的并五苯晶体管。因此，当施加机械力在晶体管上时，本专利技术的力传感器利用有机场效应晶体管的可再现可逆的漏极电流。由于有机场效应晶体管可以相当简单且成本低廉的集成在任意基板上，这种类型的有机场效应晶体管很适合用作力传感器。上述有机场效应晶体管特别是并五苯晶体管使用的基板，可以包括例如玻璃、陶瓷、塑料、聚合物薄膜、金属薄膜或纸。在基板包括聚合物薄膜的情况下，优先选择特别是聚乙烯萘(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯和/或聚乙烯醚酮(PEEK)。在这种类型的力传感器的一个可能的电路示例中，电测量量是有机场效应晶体管的漏-源电压。在这种情况下，恒定栅-源极电压和恒定漏极电流在测量瞬时被应用于所述晶体管，以及漏-源极电压作为施加力的测量量。在这种类型的力传感器的另一个电路示例中，电测量量是有机场效应晶体管的漏极电流。在该电路原理中，恒定栅-源极电压和恒定漏-源极电压在测量瞬时被应用于有机场效应晶体管。基于上述宽范围的基板材料的优点，各种不同形式的应用以及具有相同基本构造用于不同测量范围的力传感器可以通过简单且成本低廉的方式实现。所述的应用之一是依照本专利技术的压力传感器，其具有至少一个位于配置成薄膜的基板上的依照本专利技术的力传感器。在这种情况下，电测量量(后面的，如上所解释的，是漏极电流或者是漏-源电压)与至少一个力传感器在各自位置的薄膜弯曲状态相对应。已知的用于测量液体或气体介质的静态和/或动态压力的集成压力传感器大体上是基于在压力下(所谓的薄膜)形变的弹性结构理论，一个或多个压力变换器(传感器)被集成在基板上。在这种情况下，即将被测量的压力施加在薄膜的一个区域，同时在一个密封容积(或者是一个朝大气开放的容积)的帮助下设定的一个恒定参考压力施加在另一个薄膜区域。一般地，或者是电阻性的或者是电容性的操作原理被用来进行薄膜的压力转换，也就是说薄膜的弹性机械形变导致一个电阻性或者是电容性的测量转换。在这种情况下，电阻压力传感器(应变计)是基于金属导体轨迹中电阻的变化(由于导体轨迹的几何横截面的变化产生的电阻变化)的估计量或者是半导体结构的压电效应。由于测量的相对电阻变化非常小，金属应变计的主要不足是其敏感度低。压电压力变换器具有的不足在于它的制造相对复杂和昂贵，这是由于必须加工硅基板造成的。此外，半导体的电阻及电阻变化很大程度取决于温度。更进一步的缺点在于压电压力传感器仅适合于测量气体和液体介质的压力，由于与固体的直接接触将导致极薄的硅薄膜破坏。本专利技术的压力传感器利用的是有机场效应晶体管的阈值电压在基板上弯曲状态的可再现可逆关系。因此，本专利技术提出了基于薄膜形变的集成压力传感器，并且其中的压力转换是基于一个或更多个集成在薄膜上的有机场效应晶体管的阈值电压的可测量的改变(阈值电压被定义为由于在电荷载流子沟道中的累积晶体管输出电流突然增加时的晶体管输入电压)—取决于薄膜的弯曲状态。由于上述简要给出的多种商业可获得的廉价柔性薄膜材料的有效性，依靠薄膜的厚度和表面最优的目标，可能的是，用一个简单的方式来实现不同应用和不同测量范围的压力传感器，每个情况都是基于相同的基本构造。特别地，这不仅允许气体和液体介质的压力测量，也允许通过固体目标施加在薄膜上的力和压力的测量。这和传统压电传感器相比是一个重要优点。本专利技术力传感器的更进一步的应用是一维或二维位置传感器，用来测量沿着一条线或者在一个区域施加的机械力的位置，使用多种依照本专利技术的力传感器，它们在每种情况都是基于普通基板上的有机场效应晶体管，并且每个晶体管相互之间根据一维或二维矩阵以规定的距离布置。迄今为止的常规一维或二维位置传感器，预定数量的力传感器大体上基于电阻性或者是电容性操本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于应用在基板（１；１１）上的有机场效应晶体管（１０）的力传感器，其中机械力施加在晶体管上产生一个对应于所述力的源－漏极电压或者是源－漏极电流（ｉ↓［Ｄ］）的改变，并且在每种情况中所述改变都能被检测到作为实施的力的测量量（Ｖ↓［测量］，Ｉ↓［测量］）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H克劳克，M哈利克，U兹舍希长，G施米德，G达林斯基，R瓦瑟，R布里德罗，
申请(专利权)人：奇梦达股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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