一种柔性有源压力传感器结构及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种柔性有源压力传感器结构及制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着智能可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器逐渐成为研宄人员探索的热点课题之一。其中，柔性压力传感器尤其受到越来越多的关注，其可潜在应用于构建人造电子皮肤，在未来健康医疗领域具有非常广阔的市场前景。此外，柔性压力传感器还是柔性触屏显示以及智能机器人应用中的核心元器件，这些都表明了柔性压力传感器的潜在应用价值。
[0003]目前，对于柔性压力传感器的研宄可基于多种工作原理，包括电容式、压阻式、压电式等，其所用的基础材料也是种类繁多，包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。现在市场上已有一些柔性压力传感器原型产品面世，但是这些原型产品基本都是基于平板电容结构的无源器件，从而很难实现大面积和规模化的应用。与此同时，如何实现传感信息的控制、收集以及传输也一直是制约柔性传感器走向应用的一大瓶颈。
[0004]有源晶体管(Active Transistor)目前被认为是实现柔性压力传感器信号传输和控制的理想选择，其一方面有助于降低器件的功耗，另一方面在传感器阵列中可以有效降低传感信号之间的串扰。较多的研宄结果报道了利用柔性有机晶体管实现传感器的有源输出和控制，但是有机晶体管受限于有机半导体材料较低的载流子迀移率，很难得到高性能的器件特性，从而极大地制约了压力传感器的灵敏度。
[0005]因此，如何选择合适的柔性有源晶体管，实现柔性压力传感单元与有源晶体管的有效集成，以及如何实现柔性压力传感器的有源输出和控制，成为柔性压力传感器研宄中的一个重要方向。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种柔性有源压力传感器结构及制备方法，通过采用半导体性单壁碳纳米管作为柔性有源场效应晶体管的沟道材料，并采用柔性压阻材料同时作为压力传感单元和场效应晶体管的源漏电极，从而有效实现了柔性压力传感单元与有源晶体管的集成以及有源输出和控制。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]一种柔性有源压力传感器结构，包括柔性压力传感单元和形成于有机柔性衬底上的有源场效应晶体管，所述柔性压力传感单元为由柔性压阻材料构成的二个压敏电阻，二个所述压敏电阻同时还分别构成所述场效应晶体管的压敏型源漏电极，所述场效应晶体管的沟道由半导体性单壁碳纳米管薄膜或其平行阵列构成，所述半导体性单壁碳纳米管的二端分别耦合所述场效应晶体管的源漏电极，所述半导体性单壁碳纳米管、源漏电极通过栅介质与所述场效应晶体管的栅极相隔离。
[0009]优选地，所述柔性衬底采用聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯材料制成。
[0010]优选地，所述柔性压阻材料包括掺有碳纳米管、石墨烯、导电炭黑或金属纳米颗粒的压敏导电橡胶或压敏导电油墨。
[0011]一种柔性有源压力传感器结构的制备方法，包括以下步骤:
[0012]SOl:提供一刚性基底，在所述刚性基底上采用旋涂液态柔性材料并加热固化方法或在真空条件下粘贴固态柔性材料方法制备柔性衬底；
[0013]S02:在所述柔性衬底表面采用光刻和剥离工艺制备背栅型金属栅极，并淀积栅介质层;
[0014]S03:在所述栅介质层表面淀积半导体性单壁碳纳米管薄膜或从其他衬底上转移已生长形成的半导体性单壁碳纳米管平行阵列；
[0015]S04:在所述半导体性单壁碳纳米管表面，于真空条件下将干膜光敏胶粘贴在所述半导体性单壁碳纳米管表面，再利用光刻工艺定义源漏电极图形；或者，在所述半导体性单壁碳纳米管表面，采用旋涂工艺先将液态感光油墨旋涂至所述半导体性单壁碳纳米管表面，再利用光刻工艺定义源漏电极图形，然后再固化液态感光油墨；
[0016]S05:在所述源漏电极图形上旋涂液态柔性压阻材料，并将超出所述干膜光敏胶或感光油墨厚度的液态压阻材料刮去，然后，加热固化液态压阻材料，并去除所述干膜光敏胶或感光油墨，形成压敏型源漏电极；
[0017]S06:淀积钝化隔离层并形成所述源漏电极和金属栅极的金属引出；
[0018]S07:将所述柔性衬底从所述刚性基底表面剥离，形成背栅型柔性有源压力传感器结构。
[0019]优选地，制备所述柔性衬底的材料包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。
[0020]优选地，所述柔性压阻材料包括掺有碳纳米管、石墨烯、导电炭黑或金属纳米颗粒的压敏导电橡胶或压敏导电油墨。
[0021]优选地，所述金属栅极以及所述金属引出的材料包括T1、Au、Al或Cr。
[0022]一种柔性有源压力传感器结构的制备方法，包括以下步骤:
[0023]SOl:提供一刚性基底，在所述刚性基底上采用旋涂液态柔性材料并加热固化方法或在真空条件下粘贴固态柔性材料方法制备柔性衬底；
[0024]S02:在所述柔性衬底表面淀积半导体性单壁碳纳米管薄膜或从其他衬底上转移已生长形成的半导体性单壁碳纳米管平行阵列；
[0025]S03:在所述半导体性单壁碳纳米管表面，于真空条件下将干膜光敏胶粘贴在所述半导体性单壁碳纳米管表面，再利用光刻工艺定义源漏电极图形；或者，在所述半导体性单壁碳纳米管表面，采用旋涂工艺先将液态感光油墨旋涂至所述半导体性单壁碳纳米管表面，再利用光刻工艺定义源漏电极图形，然后再固化液态感光油墨；
[0026]S04:在所述源漏电极图形上旋涂液态柔性压阻材料，并将超出所述干膜光敏胶或感光油墨厚度的液态压阻材料刮去，然后，加热固化液态压阻材料，并去除所述干膜光敏胶或感光油墨，形成压敏型源漏电极；
[0027]S05:在所述源漏电极上淀积栅介质层，并制备顶栅型金属栅极；
[0028]S06:淀积钝化隔离层并形成所述源漏电极和金属栅极的金属引出；
[0029]S07:将所述柔性衬底从所述刚性基底表面剥离，形成顶栅型柔性有源压力传感器结构。
[0030]优选地，制备所述柔性衬底的材料包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。
[0031]优选地，所述柔性压阻材料包括掺有碳纳米管、石墨烯、导电炭黑或金属纳米颗粒的压敏导电橡胶或压敏导电油墨；所述金属栅极以及所述金属引出的材料包括T1、Au、Al或Cr。
[0032]从上述技术方案可以看出，本发明通过利用半导体性的单壁碳纳米管作为有源场效应晶体管的沟道材料，充分利用了单壁碳纳米管优异的电学特性和材料特性。半导体性的单壁碳纳米管由于其具有非常高的载流子迀移率，且在材料特性方面还表现出良好的机械柔韧性和延展性以及光学透明性，因而成为制备高性能柔性场效应晶体管的理想材料。同时，本发明所提出的柔性有源压力传感器，在其制备工艺中将柔性压阻材料无缝集成到碳纳米管场效应晶体管的源漏电极上，从而将柔性压力传感单元与有源晶体管有机集成为一个器件，一方面有效实现了压力传感器信号的控制和传输，另一方面也为该柔性有源压力传感器的大面积和规模化应用提供了非常便捷的实现方法。
【附图说明】
[0033]图1是本发明一优选实施例的一种柔性有源压力传感器结构的立体结构示意图；
[0034]图2是本发明一优选实施例的一种柔性有源压力传感器结构的截面结构示意图；
[0035]图3是本发明一优选实施例的一种柔性有源压力传感器结构的测试原理示意图；
[0036]图4?图9是本发明一优选实施例的一种柔性有源压力传感器结构的制备方法对应的工艺示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0038]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形、透明及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0039]在以下本发明的【具体实施方式】中，先请参阅图1和图2，图1是本发明一优选