[发明专利]一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法

说明书

本发明公开了一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法，该系统从下至上依次包括柔性衬底、底电极薄膜、氧化锌纳米线层、缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜；制备时先对柔性衬底的表面进行氢等离子体处理，在等离子体处理后的柔性基底上形成底电极薄膜，并采用激光焊接方式在该底电极薄膜上固定连接氧化锌纳米线层，最后，在氧化锌纳米线层上依次形成缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，并通过电极引线实现底电极薄膜、顶电极薄膜与脉冲电源连接。本发明的皮肤触觉仿生系统能够具有优异的循环保持性和抗疲劳性；同时，其制备方法能够在界面处预置缺陷层，降低了底电极与纳米线的接触势垒。

技术领域

本发明属于微纳电子器件领域，尤其涉及一种皮肤触觉仿生系统及其制备方法。

背景技术

皮肤是人体最大的感觉器官，皮内具有丰富的血管和感觉神经，神经元通过突触传递，能从皮肤感受器将所接收到的触、压等外界刺激信息传递到脊髓和大脑，激活相应的脑区引起感觉。对于无害刺激，即使反复给以刺激，触觉反射也会逐渐减弱甚至消失，而表现为触觉的习惯化行为。当出现有害刺激时，皮肤触觉会增强，再次将感觉传递到大脑。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位，目前电子皮肤触觉仿生主要依靠压阻式、压电式、电容式和摩擦式传感器，将皮肤接触的机械信号转换成电信号进行模拟，尚不能模拟突触特性。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够采用无机纳米线模拟皮肤触觉神经的突触特性，且具有优异循环保持性和抗疲劳性的皮肤触觉仿生系统；

本发明的第二目的是提供上述皮肤触觉仿生系统的制备方法。

技术方案：本发明制备皮肤触觉仿生系统的方法，包括如下步骤：

(1)对柔性衬底的表面进行等离子体处理10-60s，该等离子体处理的刻蚀气体中包括氢气；

(2)在等离子体处理后的柔性衬底上形成底电极薄膜，于该底电极薄膜上形成氧化锌纳米线层，并在激光功率50-200mW、激光光束直径1-5μm、激光重复频率50-100MHz条件下，对氧化锌纳米线层和底电极薄膜实施激光焊接；

(3)在氧化锌纳米线层上依次形成缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，并通过电极引线实现底电极薄膜、顶电极薄膜与脉冲电源连接，制得该皮肤触觉仿生系统。

本发明制备皮肤触觉仿生系统时，首先采用H₂等离子体处理柔性衬底，增加柔性衬底与底电极之间的附着性，提高柔性系统的可靠性和耐用性；同时基于此，采用激光焊接的方式在底电极上形成氧化锌纳米线层，不仅能够在底电极和纳米线处形成互连结构，使界面具有更好的机械弯折特性和电学传导特性；同时采用激光焊接的方式能够在界面处预置缺陷层，降低了底电极与纳米线的接触势垒，两者的结合有效改善了皮肤触觉仿生系统的循环保持性和抗疲劳性。

进一步说，本发明制备方法的步骤(1)中，所述等离子体处理的温度为15-30℃，等离子源功率为100-200W，射频偏压功率为20-40W，反应腔压强为0.1-0.4Pa，氢气流量为5-30sccm。

本发明采用上述制备方法制备的皮肤触觉仿生系统，从下至上依次包括柔性衬底、底电极薄膜、氧化锌纳米线层、缺氧氧化锌薄膜及顶电极薄膜，所述底电极薄膜和顶电极薄膜通过电极引线与脉冲电源相连接。

本发明的仿生系统设置缺氧氧化锌薄膜，其作为纳米线与顶电极之间的过渡缓冲层，其中的缺陷态结构能够使载流子更好的在纳米线和顶电极之间传输；同时该缓冲层改善了纳米线与顶电极之间的结合性，提高器件可靠性。

进一步说，该仿生系统的柔性衬底可为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯薄膜。

进一步说，该仿生系统的柔性衬底的厚度可为0.5-1mm。

进一步说，该仿生系统的底电极薄膜可为锡掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌或氟掺杂氧化锡薄膜。