[發明專利]壓力傳感器、壓力傳感器陣列及其制備方法

有效

• 申請號: 201711062196.7
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107843364B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 郭小軍;陳蘇杰;唐偉;趙家慶
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤;董琳

一種壓力傳感器、壓力傳感器陣列及其制備方法，其中壓力傳感器包括：有機薄膜晶體管，所述有機薄膜晶體管包括：襯底、位于襯底表面的柵電極、覆蓋所述柵電極和襯底的絕緣層、位于所述絕緣層表面的源電極和漏電極、覆蓋所述源電極和漏電極以及絕緣層的半導體層；位于所述有機薄膜晶體管的半導體層上方的絕緣性壓力敏感薄膜，所述壓力敏感薄膜與所述半導體層之間具有空隙；位于所述壓力敏感薄膜表面的頂電極。上述壓力傳感器具有更高的靈敏度和集成度。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，尤其涉及一種壓力傳感器、壓力傳感器陣列及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著可穿戴產品的迅速發展，柔性傳感器組件成為研究人員探索的熱點課題之一。其中，柔性壓力傳感器尤其收到廣泛的關注，在包括人工電子皮膚、柔性觸屏、智能機器人及醫療健康領域具有非常廣闊的市場前景。

目前，對柔性壓力傳感器的研究可基于多種工作原理，主要包括電容式、電阻式、壓電式和薄膜晶體管式。其中，基于有機薄膜晶體管(organic thin film transistor,OTFT)構建柔性壓力傳感器具有以下優勢：(1)所檢測的壓力信號變化可通過OTFT進行信號轉化和放大，有利于傳感器靈敏度的提升，便于與后續的信號處理電路集成；(2)可利用OTFT作為選擇開關構建高分辨傳感陣列；(3)OTFT具有低溫加工，兼容大面積印刷涂布工藝的有點，適合耐熱性差的普適化襯底材料，能夠大大降低生產成本與能耗；(4)OTFT采用有機半導體和聚合物介電材料的組合，具有優異的機械柔性，適合實現超薄柔性的壓力傳感。

基于薄膜晶體管的壓力傳感器最常用的方法使將壓力敏感層作為柵絕緣層，如專利CN201410383678.2、CN201510469367.2、CN201510971268.4、CN201610390259.0、CN200580017560.7等。然而，基于這種集成方式的傳感器的工作電壓需要幾十甚至上百伏，難以滿足實際應用的需求。另一種方式是將壓力敏感單元在OTFT體外，通過電極與OTFT器件進行集成，如專利CN201510052366.8、CN201510052439.3、CN201610181526.3、以及CN201410770984.1等。這種方式雖然能夠有效地降低所制備的OTFT傳感器件的工作電壓，便于制備，但所感測的信號無法高效地耦合到OTFT器件中調控電流的變化，因此所獲得的傳感靈敏度普遍很低。而且，OTFT器件與傳感單元采用橫向集成的方式，并不適合用于實現高分辨率的壓力傳感陣列。

因此，如何在滿足低電壓工作情況下取得高的靈敏度需要新的器件結構的設計。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種壓力傳感器、壓力傳感器陣列及其制備方法，提高壓力傳感器及其陣列的靈敏度并降低工作電壓。

為了解決上述問題，本發明提供了一種壓力傳感器，包括：有機薄膜晶體管，所述有機薄膜晶體管包括：襯底、位于襯底表面的柵電極、覆蓋所述柵電極和襯底的絕緣層、位于所述絕緣層表面的源電極和漏電極、覆蓋所述源電極和漏電極以及絕緣層的半導體層；位于所述有機薄膜晶體管的半導體層上方的絕緣性壓力敏感薄膜，所述壓力敏感薄膜與所述半導體層之間具有空隙；位于所述壓力敏感薄膜表面的頂電極。

可選的，所述壓力敏感薄膜與所述半導體層相對的表面具有規則微結構。

可選的，所述規則微結構包括規則排列的錐形凸起，所述錐形凸起的高度為0.5μm～20μm，底部最大寬度為10μm～30μm，相鄰錐形凸起之間的間距為20μm～50μm；或者所述規則微結構包括規則排列的凹槽，所述凹槽深度為20μm～50μm，相鄰凹槽之間的間距為30μm～50μm。

可選的，所述壓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/對苯二甲酸丁二酯共混物中的一種或多種，厚度小于或等于60微米。

可選的，所述絕緣層的材料的介電常數小于5，并且能夠通過溶液法進行加工。