[发明专利]全自驱动石墨烯晶体管、逻辑器件及传感器阵列

说明书

一种全自驱动石墨烯晶体管、逻辑器件及传感器阵列，全自驱动石墨烯晶体管，包括：基底层；电极层，包含源极、漏极和栅极，位于基底层之上；其中，该源极和漏极之间的源漏电压由聚吡咯发电机提供，该聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的直流电；石墨烯作为沟道层，连接于源极和漏极之间，栅极电压由外界物体与栅极的接触‑分离感应产生的电动势提供；所述聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的源漏电压调控石墨烯沟道层中产生的载流子浓度，同时沟道层在栅极电压的调控作用下进行全自驱动电学输出。实现了全自驱动的效果，能耗几乎为零，同时具有较高的集成度和高灵敏度，可同时实现手势与压力的双重检测。

技术领域

本公开属于传感器和摩擦电子学技术领域，涉及一种全自驱动石墨烯晶体管、逻辑器件及传感器阵列。

背景技术

柔性可穿戴传感器是一种采用新型材料、微加工技术、集成电路技术制作的穿戴在人体的电子装置或者电子系统。

为了满足可穿戴、降低能耗的需求，自驱动的可穿戴传感器成为研究热点。随着2012年摩擦发电机(TENG)这种基于摩擦起电和静电感应的耦合作用、可将机械能转化为电能的新的能量转化手段的问世，实现自驱动的途径在原来的压电和热电等方式的基础上增加了一个新的平台。

目前，基于摩擦纳米发电机的自供能传感器已在各种学科和领域得到了广泛研究，被用于测量各种类型的物理参数，例如压力传感器、触觉传感器、声学传感器、振动传感器、气压传感器、紫外传感器以及化学传感器等。然而，临床和医疗监测的发展为自驱动传感器提出了高灵敏性与高分辨率和器件集成等更高的要求，同时目前可穿戴传感器对外部电压的驱动具有高能耗需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种全自驱动石墨烯晶体管、逻辑器件及传感器阵列，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种全自驱动石墨烯晶体管，包括：基底层；电极层，包含源极、漏极和栅极，位于基底层之上；其中，该源极和漏极之间的源漏电压由聚吡咯发电机提供，该聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的直流电；石墨烯作为沟道层，连接于源极和漏极之间，栅极电压由外界物体与栅极的接触-分离感应产生的电动势提供；所述聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的源漏电压调控石墨烯沟道层中产生的载流子浓度，同时沟道层在栅极电压的调控作用下进行全自驱动电学输出。

在本公开的一些实施例中，聚吡咯发电机为包含第一金属/聚吡咯/第二金属的层叠结构，第一金属与聚吡咯为欧姆接触，第二金属与聚吡咯存在肖特基势垒；第一金属与源极连接，第二金属与漏极连接。

在本公开的一些实施例中，源极、漏极由金属材料充当。

在本公开的一些实施例中，源极、漏极由石墨烯材料充当；

可选的，充当源极、漏极的石墨烯材料与作为沟道层的石墨烯一体成型。

在本公开的一些实施例中，栅极由离子凝胶充当，该离子凝胶位于基底层之上，部分离子凝胶覆盖于石墨烯沟道层之上，形成离子凝胶/石墨烯界面，在外界物体与栅极层的接触-分离过程中，分别在离子凝胶的表面和离子凝胶/石墨烯界面形成负、正电荷相对排列的双电层。

在本公开的一些实施例中，栅极由石墨烯材料充当，形成栅极的石墨烯材料位于基底层之上，部分石墨烯材料覆盖于石墨烯沟道层之上。