[发明专利]含直线诱导的裂纹的高灵敏度传感器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种具有导电薄膜的高灵敏度传感器，其中导电薄膜含有线性诱导的裂纹。该高灵敏度传感器涉及一种传感器，该传感器是通过在形成于支撑体上的导电薄膜上形成直线诱导的微裂纹来获得，用于通过测量由微裂纹形成的微结合结构中的变化、短路或开口引起的电阻变化，来测量外部张力和压力。另外，这种高灵敏度的导电性裂纹传感器可应用于高精度测量或人造皮肤，并且可以通过使传感器像素化而用作定位检测传感器。因此，该高灵敏度传感器可以有效地用于精确测量的领域，通过人体皮肤等生物测量装置，人体运动测量传感器和显示面板传感器等。

技术领域

本发明涉及含直线诱导的裂纹的高灵敏度传感器及其制造方法，更具体地涉及可应用于度量衡学或人造皮肤的高灵敏度传感器，这些使用形成有直线诱导的细裂纹的导电薄膜来高精度检测张力和压力。

背景技术

一般而言，高灵敏度传感器是感测微小信号，并将该微小信号作为现代工业中所必需的组成部分之一的数据(例如电信号)进行传递。

在这些传感器中，电容传感器、压电传感器、应变计等已知是用于测量压力或张力的传感器。

传统张力传感器的应变式传感器是检测机械变化作为电信号的传感器。如果它粘附到机器或结构的表面上，则可以测量微小尺寸上的变化，即，可以发现在其表面上发生的应变(strain)，和对于从应变尺寸确定强度和安全性而言重要的应力。

此外，应变计用于根据金属电阻元件的电阻值变化来测量待测量对象的表面的变形，通常，当测量对象被外力而拉伸时金属材料的电阻值增加，而当它被压缩时金属材料的电阻值减少。应变计还用作将诸如力、压力、加速度、位移和扭矩等物理量转换成电信号的传感元件，并且不仅广泛地应用于实验和研究，还应用于测量控制。

然而，传统应变式传感器由于使用金属线而容易腐蚀，并且灵敏度较低。此外，传统应变式传感器的输出值小，因此需要额外的电路来补偿小信号，而且半导体张力传感器有热敏感的缺点。

压力传感器是一种能够测量施加于表面的压力的传感器，这是制造人造皮肤时的必要因素。应变表示施加于表面的水平方向上的长度变化，而压力表示垂直于表面施加的力。

传统的压力传感器测量随着压力变化的硅膜的电阻，并且不仅广泛地应用于研究和测量，还应用于工业。

然而，传统的压力传感器具有一个缺点，即由于它们非常不灵敏而不能区分小的压力，而且它们不能弯曲。这些缺点导致传统的压力传感器不适用于人造皮肤。因此，有必要制作一种可弯曲同时可感测小的压力的传感器。

由于上述问题，传感器可能仅在特定环境中被驱动或者受到各种环境因素的影响，导致测量值的准确行下降。另外，在重复驱动中存在难以确保某一测量值的问题。进一步的，这些传感器还存在由于传感器本身的结构问题而难以制造柔性结构的问题。

随着人们对可穿戴式医疗和人造电子皮肤装置以及高性能传感器开发的研究兴趣的增加，已开发出了各种类型的累积外部信息的基于纳米线、硅橡胶、压电和有机薄膜晶体管的压力传感器。

裂纹通常被认为是缺陷，所以被认为是要避免的。然而，最近报道了与裂纹、用于纳米线生产的薄膜开裂以及互连器(interconnector)等裂纹有关的研究。

此外，还报道了基于碳纳米管、纳米纤维、石墨烯薄片(graphene platelet)和机械裂纹的应变传感器。

裂纹传感器受到蜘蛛感觉系统的影响。已知蜘蛛的感觉传感器对应变和震动非常敏感。

裂纹通常被认为是应该避免的缺陷，但最近对裂纹的图案化研究已经报道了用于纳米线和互连器制造的薄膜裂纹形成，并且据报道与蜘蛛感觉系统类似的裂纹传感器对应变和震动非常敏感，但具有仅2％应变的限制。

因此，需要开发一种能够克服上述问题的新的高灵敏度传感器。

发明内容