本申請屬于傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種主動式壓力傳感單元、制備方法及壓力傳感器。

背景技術(shù)：

1、人機(jī)交互已成為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，并在機(jī)器人、電子、工業(yè)等重要領(lǐng)域得到了發(fā)展。其中，觸覺感知作為視覺和聽覺感知的補(bǔ)充，在人機(jī)交互中起著重要的作用。

2、觸覺感知中最重要的信號是壓力，傳統(tǒng)的壓力傳感器包括電阻式、電容式或壓電式傳感器。其中，電容式傳感器容易受到外界電磁干擾，壓電傳感器只能檢測動態(tài)信號，因而其應(yīng)用受到制約。壓阻傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、可以檢測靜態(tài)壓力等優(yōu)點，得到廣泛研究。

3、當(dāng)前主流的主動式壓阻傳感器利用壓阻薄膜和薄膜晶體管(tft)矩陣構(gòu)建，壓阻薄膜通常利用碳納米管、碳粉等導(dǎo)電材料材料與聚二甲基硅氧烷(pdms)等進(jìn)行摻雜制備，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力與電阻的轉(zhuǎn)換；tft通常利用碳納米管、氧化銦鎵鋅(i?gzo)、或半導(dǎo)體氧化物等材料作為有源溝道進(jìn)行制備，能夠控制傳感點的采樣，降低相鄰傳感器間的串?dāng)_。

4、但目前的壓力傳感器還存在兩個問題：首先在制作方面，該類型所有的壓力傳感器都是將兩部分獨立完整制備，隨后合成封裝實現(xiàn)，因而完整的tft微加工工藝，包括柵極金屬層-介電層-碳管導(dǎo)電溝道-源漏金屬層-有機(jī)保護(hù)層等5層工藝，工藝繁瑣，極大的增加了器件加工性能的不確定性，降低了器件的良率；

5、其次是在傳感像素密度上，人指尖的分辨率為1mm，而以往的tft主動傳感矩陣單元尺寸為1mm，對應(yīng)像素密度為50dp?i，根據(jù)奈奎斯特采樣定律，只能實現(xiàn)2mm的分辨率，低于人手指的指尖分辨率，難以達(dá)到所需分辨率。

6、因此，亟需一種新型的主動式壓力傳感器，能夠解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請?zhí)峁┝艘环N主動式壓力傳感單元、制備方法及壓力傳感器，在優(yōu)化器件加工工藝同時提升了傳感分辨率，能夠更好應(yīng)用在人機(jī)交互領(lǐng)域。

2、本申請所要達(dá)到的技術(shù)效果通過以下方案實現(xiàn)：

3、根據(jù)本申請的第一方面，提供一種主動式壓力傳感單元，包括tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及覆蓋至所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的壓阻薄膜，其中：

4、所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括自下而上排布的基底、柵極、介質(zhì)層以及源漏極；

5、所述壓阻薄膜用于壓阻轉(zhuǎn)換以及充當(dāng)tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有源導(dǎo)電溝道。

6、優(yōu)選地，所述壓阻薄膜包括柔性薄膜以及導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層覆蓋至所述柔性薄膜的底層，用于源漏極中源極和漏極的導(dǎo)通。

7、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電層在所述柔性薄膜表面形成倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，所述柔性薄膜為pdms薄膜，所述導(dǎo)電層為旋涂至pdms薄膜上的半導(dǎo)體型碳納米管層。

9、根據(jù)本申請的第二方面，提供一種主動式壓力傳感單元的制備方法，包括如下步驟：

10、步驟1：在基底上涂抹光刻膠并曝光形成柵極形狀，濺射形成柵極后去除剩余光刻膠；

11、步驟2：在所述柵極上沉積介電層后，在介電層上涂抹光刻膠并曝光形成源漏極形狀，濺射形成源漏極后去除光刻膠，完成tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；

12、步驟3：將制備好的壓阻薄膜鋪設(shè)至tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，完成主動式壓力傳感單元的制備。

13、優(yōu)選地，在步驟3中，所述壓阻薄膜在倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)硅模具中制作而成。

14、優(yōu)選地，在步驟3中，所述壓阻薄膜的制備方法為：

15、步驟31：分別制備碳納米管懸浮液以及pdms稀釋液，其中碳納米管懸浮液由以10mg/ml比例的碳納米管和氯仿混合而成；pdms稀釋液由以500mg/ml比例的pdms預(yù)聚體和氯仿混合而成；

16、步驟32：將碳納米管懸浮液以及pdms稀釋液進(jìn)行混合得到分散液；

17、步驟33：將所述分散液中的氯仿?lián)]發(fā)完全后，以pdms預(yù)聚體：固化劑的質(zhì)量比為10∶1的比例加入pdms固化劑，除去溶液中的氣泡后得到pdms溶液；

18、步驟34：在具有倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)的硅模具上噴涂剝離劑后，旋涂pdms溶液，旋涂完成后放置于熱板烘干，剝離完成壓阻薄膜的制備。

19、優(yōu)選地，在步驟3中，所述壓阻薄膜的制備方法為：

20、步驟41：以500mg/ml的比例將pdms預(yù)聚體和氯仿混合得到pdms稀釋液；

21、步驟42：以pdms預(yù)聚體：固化劑的質(zhì)量比為10∶1的比例，在pdms稀釋液中加入pdms固化劑，除去溶液中的氣泡后得到pdms溶液；

22、步驟43：將所述pdms溶液中的氯仿?lián)]發(fā)完全后，旋涂至涂有剝離劑的具有倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)的硅模具上，烘干剝離制得無壓阻效應(yīng)的微結(jié)構(gòu)pdms薄膜；

23、步驟44：在微結(jié)構(gòu)pdms薄膜的表面，利用溶液法進(jìn)行碳納米管提拉，烘干后完成壓阻薄膜的制備。

24、根據(jù)本申請的第三方面，提供一種采用上述主動式壓力傳感單元的壓力傳感器，包括tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)陣列，所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸不大于0.5mm×0.5mm，所述結(jié)構(gòu)陣列連接有后端驅(qū)動電路，所述結(jié)構(gòu)陣列表面鋪設(shè)有壓阻薄膜。

25、優(yōu)選地，所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中源漏極的圖案為平板圖案、叉指圖案、菱形圖案以及圓環(huán)圖案中的一種或多種。

26、根據(jù)本申請的一個實施例，采用本主動式壓力傳感單元的有益效果在于：在pdms的表面直接旋涂上半導(dǎo)體型碳納米管層，或者直接用pdms與碳管混合，制作微結(jié)構(gòu)壓阻薄膜，兼具tft導(dǎo)電溝道和壓阻傳感的功能，簡化了tft微結(jié)構(gòu)的加工工藝；

27、tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)陣列尺寸縮小至0.5mm，傳感分辨率可增加至100dpi甚至更高，實現(xiàn)1mm的分辨率。

技術(shù)特征：

1.主動式壓力傳感單元，其特征在于，包括tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及覆蓋至所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的壓阻薄膜，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式壓力傳感單元，其特征在于，所述壓阻薄膜包括柔性薄膜以及導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層覆蓋至所述柔性薄膜的底層，用于源漏極中源極和漏極的導(dǎo)通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動式壓力傳感單元，其特征在于，所述導(dǎo)電層在所述柔性薄膜表面形成倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動式壓力傳感單元，其特征在于，所述柔性薄膜為pdms薄膜，所述導(dǎo)電層為旋涂至pdms薄膜上的半導(dǎo)體型碳納米管層。

5.一種權(quán)利要求1至4任一項所述的主動式壓力傳感單元的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟3中，所述壓阻薄膜在倒金字塔狀微結(jié)構(gòu)硅模具中制作而成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟3中，所述壓阻薄膜的制備方法為：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟3中，所述壓阻薄膜的制備方法為：

9.一種采用權(quán)利要求1至4任一項所述的主動式壓力傳感單元的壓力傳感器，其特征在于，包括tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)陣列，所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸不大于0.5mm×0.5mm，所述結(jié)構(gòu)陣列連接有后端驅(qū)動電路，所述結(jié)構(gòu)陣列表面鋪設(shè)有壓阻薄膜。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其特征在于，所述tft基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中源漏極的圖案為平板圖案、叉指圖案、菱形圖案以及圓環(huán)圖案中的一種或多種。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種主動式壓力傳感單元，包括TFT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及覆蓋至所述TFT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的壓阻薄膜，其中：所述TFT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括自下而上排布的基底、柵極、介質(zhì)層以及源漏極；所述壓阻薄膜用于壓阻轉(zhuǎn)換以及充當(dāng)TFT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有源導(dǎo)電溝道。本方案采用微結(jié)構(gòu)壓阻薄膜，兼具TFT導(dǎo)電溝道和壓阻傳感的功能，簡化了TFT微結(jié)構(gòu)的加工工藝；TFT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)陣列尺寸縮小至0.5mm，傳感分辨率可增加至100DP?I甚至更高，實現(xiàn)1mm的分辨率。

技術(shù)研發(fā)人員：康佳昊,劉迪,孫超彥,何可
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9