一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法，该系统从下至上依次包括柔性衬底、底电极薄膜、氧化锌纳米线层、缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜；制备时先对柔性衬底的表面进行氢等离子体处理，在等离子体处理后的柔性基底上形成底电极薄膜，并采用激光焊接方式在该底电极薄膜上固定连接氧化锌纳米线层，最后，在氧化锌纳米线层上依次形成缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，并通过电极引线实现底电极薄膜、顶电极薄膜与脉冲电源连接。本发明专利技术的皮肤触觉仿生系统能够具有优异的循环保持性和抗疲劳性；同时，其制备方法能够在界面处预置缺陷层，降低了底电极与纳米线的接触势垒。降低了底电极与纳米线的接触势垒。降低了底电极与纳米线的接触势垒。

【技术实现步骤摘要】
一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法


[0001]本专利技术属于微纳电子器件领域，尤其涉及一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]皮肤是人体最大的感觉器官，皮内具有丰富的血管和感觉神经，神经元通过突触传递，能从皮肤感受器将所接收到的触、压等外界刺激信息传递到脊髓和大脑，激活相应的脑区引起感觉。对于无害刺激，即使反复给以刺激，触觉反射也会逐渐减弱甚至消失，而表现为触觉的习惯化行为。当出现有害刺激时，皮肤触觉会增强，再次将感觉传递到大脑。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位，目前电子皮肤触觉仿生主要依靠压阻式、压电式、电容式和摩擦式传感器，将皮肤接触的机械信号转换成电信号进行模拟，尚不能模拟突触特性。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种能够采用无机纳米线模拟皮肤触觉神经的突触特性，且具有优异循环保持性和抗疲劳性的皮肤触觉仿生系统；
[0004]本专利技术的第二目的是提供上述皮肤触觉仿生系统的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术制备皮肤触觉仿生系统的方法，包括如下步骤：
[0006](1)对柔性衬底的表面进行等离子体处理10
‑
60s，该等离子体处理的刻蚀气体中包括氢气；
[0007](2)在等离子体处理后的柔性衬底上形成底电极薄膜，于该底电极薄膜上形成氧化锌纳米线层，并在激光功率50
‑
200mW、激光光束直径1
‑
5μm、激光重复频率50
‑
100MHz条件下，对氧化锌纳米线层和底电极薄膜实施激光焊接；
[0008](3)在氧化锌纳米线层上依次形成缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，并通过电极引线实现底电极薄膜、顶电极薄膜与脉冲电源连接，制得该皮肤触觉仿生系统。
[0009]本专利技术制备皮肤触觉仿生系统时，首先采用H2等离子体处理柔性衬底，增加柔性衬底与底电极之间的附着性，提高柔性系统的可靠性和耐用性；同时基于此，采用激光焊接的方式在底电极上形成氧化锌纳米线层，不仅能够在底电极和纳米线处形成互连结构，使界面具有更好的机械弯折特性和电学传导特性；同时采用激光焊接的方式能够在界面处预置缺陷层，降低了底电极与纳米线的接触势垒，两者的结合有效改善了皮肤触觉仿生系统的循环保持性和抗疲劳性。
[0010]进一步说，本专利技术制备方法的步骤(1)中，所述等离子体处理的温度为15
‑
30℃，等离子源功率为100
‑
200W，射频偏压功率为20
‑
40W，反应腔压强为0.1
‑
0.4Pa，氢气流量为5
‑
30sccm。
[0011]本专利技术采用上述制备方法制备的皮肤触觉仿生系统，从下至上依次包括柔性衬底、底电极薄膜、氧化锌纳米线层、缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，所述底电极薄膜和顶电极薄膜通过电极引线与脉冲电源相连接。
[0012]本专利技术的仿生系统设置缺氧氧化锌薄膜，其作为纳米线与顶电极之间的过渡缓冲层，其中的缺陷态结构能够使载流子更好的在纳米线和顶电极之间传输；同时该缓冲层改善了纳米线与顶电极之间的结合性，提高器件可靠性。
[0013]进一步说，该仿生系统的柔性衬底可为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯薄膜。
[0014]进一步说，该仿生系统的柔性衬底的厚度可为0.5
‑
1mm。
[0015]进一步说，该仿生系统的底电极薄膜可为锡掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌或氟掺杂氧化锡薄膜。
[0016]进一步说，该仿生系统的底电极薄膜的厚度可为50
‑
1000nm。
[0017]进一步说，该仿生系统的氧化锌纳米线层的厚度可为50
‑
2000nm，氧化锌纳米线的长度为1
‑
10μm。
[0018]进一步说，该仿生系统的缺氧氧化锌缓冲层的厚度可为10
‑
50nm。
[0019]进一步说，该仿生系统的顶电极薄膜的厚度可为20
‑
100nm。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该皮肤触觉仿生系统能够采用无机纳米线模拟皮肤触觉神经的突触特性，且具有优异的循环保持性和抗疲劳性；同时，该仿生系统的制备方法结合等离子处理和激光焊接的方式，有效改善了皮肤触觉仿生系统的循环保持性和抗疲劳性，并能够在界面处预置缺陷层，降低了底电极与纳米线的接触势垒。
附图说明
[0021]图1为本专利技术皮肤触觉仿生系统的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1的皮肤触觉仿生系统在正脉冲和负脉冲下的I
‑
V特性曲线图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0024]如图1所示，本专利技术的皮肤触觉仿生系统从下至上依次包括柔性衬底1、底电极薄膜2、氧化锌纳米线层3、缺氧氧化锌薄膜4及顶电极薄膜5，所述底电极薄膜2和顶电极薄膜5通过电极引线6与脉冲电源7相连接。
[0025]其中，底电极薄膜可为锡掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌或氟掺杂氧化锡薄膜。顶电极薄膜可为铝薄膜或钛薄膜。柔性衬底的厚度可为0.5
‑
1mm，底电极薄膜的厚度可为50
‑
1000nm，氧化锌纳米线层的厚度可为50
‑
2000nm，氧化锌纳米线的长度可为1
‑
10μm，缺氧氧化锌缓冲层的厚度为10
‑
50nm，顶电极薄膜的厚度为20
‑
100nm。
[0026]本专利技术底电极薄膜，氧化锌纳米线层，缺氧氧化锌缓冲层及顶电极薄膜的形成可采用现有技术磁控溅射法，可参考本申请人于2018年10月29日申请的名称为一种柔性突触仿生器件及其制备方法，申请号为201811265425X中公开的磁控溅射法，根据需求设定磁控溅射的功率、温度及溅射时间，可实现不同厚度的需求，此处不作限定，即只需达到上述厚度范围均可。
[0027]实施例1
[0028]该实施例1的皮肤触觉仿生系统从下至上依次包括聚酰亚胺薄膜、锡掺杂氧化铟
薄膜、氧化锌纳米线层、缺氧氧化锌薄膜及铝薄膜，锡掺杂氧化铟薄膜和铝薄膜通过电极引线与脉冲电源相连接。
[0029]该皮肤触觉仿生系统的制备方法包括如下步骤：
[0030](1)在温度为15
‑
30℃、等离子源功率为100
‑
200W、射频偏压功率为20
‑
40W、反应腔压强为0.1
‑
0.4Pa及氢气流量为5
‑
30sccm条件下，采用刻蚀气体(包含氢气)对聚酰亚胺薄膜的表面进行等离子体处理10
‑
60s；
[0031](2)在等离子体处理后的柔性基底上设置锡掺杂氧化铟薄膜，于该锡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备皮肤触觉仿生系统的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对柔性衬底的表面进行等离子体处理10
‑
60s，该等离子体处理的刻蚀气体中包括氢气；(2)在等离子体处理后的柔性衬底上形成底电极薄膜，于该底电极薄膜上形成氧化锌纳米线层，并在激光功率50
‑
200mW、激光光束直径1
‑
5μm、激光重复频率50
‑
100MHz条件下，对氧化锌纳米线层和底电极薄膜实施激光焊接固定；(3)在氧化锌纳米线层上依次形成缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，并通过电极引线实现底电极薄膜、顶电极薄膜与脉冲电源连接，制得该皮肤触觉仿生系统。2.根据权利要求1所述制备皮肤触觉仿生系统的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述等离子体处理的温度为15
‑
30℃，等离子源功率为100
‑
200W，射频偏压功率为20
‑
40W，反应腔压强为0.1
‑
0.4Pa，氢气流量为5
‑
30sccm。3.采用权利要求1所述的制备方法制备的皮肤触觉仿生系统，其特征在于：该仿生系统从下至上依次包括柔性衬底(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐红霞，刘菁，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：