[发明专利]压力传感器、压力传感阵列及其制备方法

说明书

本发明涉及一种压力传感器、压力传感阵列及其制备方法。所述压力传感器包括：薄膜晶体管，包括衬底、底栅电极、绝缘层、源电极和漏电极、半导体层、钝化层和顶栅电极，所述顶栅电极与所述漏电极通过贯穿所述钝化层的互连结构电连接；电阻式压力敏感薄膜，位于所述顶栅电极和所述钝化层上方，且所述电阻式压力敏感薄膜与所述顶栅电极之间具有空隙；顶电极，位于所述电阻式压力敏感薄膜背离所述顶栅电极的表面。本发明将电阻式压力敏感薄膜与薄膜晶体管形成纵向集成，有利于减小所述压力传感器的面积，易于制备高分辨率的传感器阵列。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种压力传感器、压力传感阵列及其制备方法。

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受到广泛的关注，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，例如包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。其中，基于薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)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TFT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TFT作为选择开关构建高分辨传感阵列。

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。然而，基于这种集成方式的传感器的工作电压需要几十伏甚至上百伏，难以满足实际应用的需求。另一种方式是将压力敏感单元设置在TFT体外，通过电极与TFT器件进行集成。这种方式虽然能够有效地降低所制备的TFT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TFT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，TFT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，如何使得压力传感器在满足低电压工作情况下取得高的灵敏度，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种压力传感器、压力传感阵列及其制备方法，用于提高压力传感器以及压力传感阵列的灵敏度并降低压力传感器以及压力传感阵列的工作电压。

为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器，包括：

薄膜晶体管，包括衬底、位于所述衬底表面的底栅电极、覆盖所述底栅电极和所述衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、半导体层、钝化层和顶栅电极，所述半导体层覆盖所述源电极、所述漏电极和所述绝缘层，所述钝化层覆盖所述半导体层，所述钝化层的等效单位面积电容大于或者等于所述绝缘层的等效单位面积电容，所述顶栅电极位于所述钝化层上方，所述顶栅电极与所述漏电极通过贯穿所述钝化层的互连结构电连接；

电阻式压力敏感薄膜，位于所述顶栅电极和所述钝化层上方，且所述电阻式压力敏感薄膜与所述顶栅电极之间具有空隙；

顶电极，位于所述电阻式压力敏感薄膜背离所述顶栅电极的表面。

可选的，所述钝化层的材料为聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、三氧化二铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、氮化硅中的一者或者两者以上的组合。

可选的，在沿垂直于所述衬底的顶面的方向上，所述顶栅电极的投影面积大于或者等于所述底栅电极的投影面积，且所述顶栅电极的投影覆盖所述底栅电极的投影。

可选的，所述电阻式压力敏感薄膜朝向所述顶栅电极的表面具有微结构，所述微结构的高度小于或者等于150微米；或者，

所述电阻式压力敏感薄膜内部具有微孔结构，所述微孔结构的孔径小于或者等于150微米。