[发明专利]压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法

说明书

一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法，其中压力传感器包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。上述压力传感器具有更高的灵敏度和集成度。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法。

背景技术

近年来，随着可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器组件成为研究人员探索的热点课题之一。其中，柔性压力传感器尤其收到广泛的关注，在包括人工电子皮肤、柔性触屏、智能机器人及医疗健康领域具有非常广阔的市场前景。

目前，对柔性压力传感器的研究可基于多种工作原理，主要包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。其中，基于有机薄膜晶体管(organic thin film transistor,OTFT)构建柔性压力传感器具有以下优势：(1)所检测的压力信号变化可通过OTFT进行信号转化和放大，有利于传感器灵敏度的提升，便于与后续的信号处理电路集成；(2)可利用OTFT作为选择开关构建高分辨传感阵列；(3)OTFT具有低温加工，兼容大面积印刷涂布工艺的有点，适合耐热性差的普适化衬底材料，能够大大降低生产成本与能耗；(4)OTFT采用有机半导体和聚合物介电材料的组合，具有优异的机械柔性，适合实现超薄柔性的压力传感。

基于薄膜晶体管的压力传感器最常用的方法使将压力敏感层作为栅绝缘层，如专利CN201410383678.2、CN201510469367.2、CN201510971268.4、CN201610390259.0、CN200580017560.7等。然而，基于这种集成方式的传感器的工作电压需要几十甚至上百伏，难以满足实际应用的需求。另一种方式是将压力敏感单元在OTFT体外，通过电极与OTFT器件进行集成，如专利CN201510052366.8、CN201510052439.3、CN201610181526.3、以及CN201410770984.1等。这种方式虽然能够有效地降低所制备的OTFT传感器件的工作电压，便于制备，但所感测的信号无法高效地耦合到OTFT器件中调控电流的变化，因此所获得的传感灵敏度普遍很低。而且，OTFT器件与传感单元采用横向集成的方式，并不适合用于实现高分辨率的压力传感阵列。

因此，如何在满足低电压工作情况下取得高的灵敏度需要新的器件结构的设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器、压力传感器阵列及其制备方法，提高压力传感器及其阵列的灵敏度并降低工作电压。

为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器，包括：有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管包括：衬底、位于衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极和衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和漏电极以及绝缘层的半导体层；位于所述有机薄膜晶体管的半导体层上方的绝缘性压力敏感薄膜，所述压力敏感薄膜与所述半导体层之间具有空隙；位于所述压力敏感薄膜表面的顶电极。

可选的，所述压力敏感薄膜与所述半导体层相对的表面具有规则微结构。

可选的，所述规则微结构包括规则排列的锥形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者所述规则微结构包括规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm。

可选的，所述压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/对苯二甲酸丁二酯共混物中的一种或多种，厚度小于或等于60微米。

可选的，所述绝缘层的材料的介电常数小于5，并且能够通过溶液法进行加工。