，从而在碳纳米管场效应晶体管的栅极和源极之间产生电位差Vgs。该电位差可通过场效应晶体管的转移特性Ids-Vgs转换为晶体管的输出电流Ids，从而通过监测碳纳米管场效应晶体管的输出电流变化，即可感知器件所受的外加应变或压力信号，实现应变或压力传感器特性。同时，利用碳纳米管场效应晶体管进行信号输出也实现了对传感器的有源控制。
[0033]下面通过一具体实施例，对本发明的一种柔性有源应变或压力传感器结构的制备方法作详细说明。请参阅图3?图5，图3?图5是本发明一优选实施例的一种柔性有源应变或压力传感器结构的制备方法对应的工艺示意图。其显示制备一具有背栅结构场效应晶体管的柔性有源应变或压力传感器结构所对应的工艺步骤，例如，可用于制备图1所示的具有背栅结构的柔性有源应变或压力传感器结构。该具有背栅结构的柔性有源应变或压力传感器结构的制备方法，包括以下步骤:
[0034]在柔性衬底上制备由半导体性单壁碳纳米管构成沟道材料的场效应晶体管，并制备所述场效应晶体管源极、漏极和栅极的引出电极；在形成的所述场效应晶体管的栅极引出电极上制备作为压电传感器单元的柔性压电薄膜材料，以及在所述柔性压电薄膜的上、下表面制备其顶端、底端引出电极。
[0035]下面分别通过图3?图5，对上述制备方法包含的工艺步骤进行示例性说明。
[0036]请参阅图3。在本发明的一个较佳实施例中，基于半导体性单壁碳纳米管4的场效应晶体管为背栅7结构。其制备方法包括:在柔性衬底I上依次形成背栅7、栅介质层2、碳纳米管4 (作为沟道材料)以及源极和漏极5和3，并制备源极5、漏极3的引出电极(图略)，以及栅极7的引出电极6。作为一可选实施例，作为沟道材料的碳纳米管4可以是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单根半导体性单壁碳纳米管或其平行阵列。在本实施例中，采用碳纳米管平行阵列4作为沟道材料。并且，碳纳米管平行阵列4可以先在其它衬底上制备，然后转移到柔性衬底I上。这是本领域技术人员可以知晓的，在这里对碳纳米管的制备和转移不再赘述。当然，现有的任何可以制备背栅结构的碳纳米管场效应晶体管的方法均可以应用于本发明。作为一可选实施例，所述柔性衬底I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。
[0037]请接着参阅图4。接下来，在碳纳米管场效应晶体管的栅极上制备作为压电传感器单元8的柔性压电薄膜材料。在本发明的一个较佳实施例中，在碳纳米管场效应晶体管的栅极上制备柔性压电薄膜材料的方法包括:利用半导体封装工艺，将固态压电薄膜材料8 (即用于形成压电传感器单元8)通过导电银胶(图略)粘贴在碳纳米管场效应晶体管栅极7的引出电极6表面。然后，再加热烧结导电银胶，使得压电薄膜8的下表面与场效应晶体管的栅极7形成电学接触。
[0038]在本发明的另一个较佳实施例中，在碳纳米管场效应晶体管的栅极上制备柔性压电薄膜材料的方法包括:利用干膜光敏胶或感光油墨和传统光刻工艺，先在碳纳米管场效应晶体管栅极7的引出电极6表面形成光刻图形。然后，旋涂液态压电薄膜材料并将超出干膜光敏胶或感光油墨厚度的液态压电薄膜材料刮去，接着，加热固化液态压电薄膜材料，最后，再利用碱性去胶液去除干膜光敏胶或感光油墨，形成图形化的柔性压电薄膜8。
[0039]作为一可选实施例，所述柔性压电薄膜材料可采用聚偏二氟乙烯(PVDF)或偏二氟乙烯的铁电共聚物(PVDF-TrFE)等。
[0040]请接着参阅图5。最后，在柔性压电薄膜8(即压电传感器单元8)的上表面制备引出电极9，从而最终形成柔性有源应变或压力传感器结构。应用本方法所形成的柔性有源应变或压力传感器结构，可以与图1所示的柔性有源应变或压力传感器结构相一致。在本发明的一个较佳实施例中，在柔性压电薄膜的上表面制备引出电极的方法包括:首先，制备蒸镀掩膜版(Shadow Mask)，即在需要蒸镀金属引出电极的区域形成镂空图形。然后，利用蒸镀掩膜版和物理沉积工艺，在柔性压电薄膜8的上表面制备图形化的金属引出电极9。作为一可选实施例，所述物理沉积工艺可包括电子束蒸发、热蒸发或溅射等。至此，本发明所提出的柔性有源应变或压力传感器结构即全部制备完成。
[0041]在本发明的另一个较佳实施例中，基于半导体性单壁碳纳米管的场效应晶体管也可以是顶栅结构，其制备方法包括:在柔性衬底上依次形成碳纳米管、源极、漏极、栅介质层和顶栅(图略)。这里，现有的任何可以制备顶栅结构的碳纳米管场效应晶体管的方法均可以应用于本发明。
[0042]综上所述，本发明所提出的柔性有源应变或压力传感器结构，采用碳纳米管晶体管作为柔性有源场效应晶体管，采用柔性压电薄膜材料制备压电式的应变或压力传感器单元，并将压电传感器与有源场效应晶体管的栅极进行工艺集成，通过碳纳米管晶体管实现压电信号的转换与输出，从而实现柔性有源应变或压力传感器功能。由于碳纳米管晶体管相比有机晶体管具有更为优异的器件性能，从而保证了压电式传感器较高的灵敏度。此外，本发明所提出的柔性有源应变或压力传感器结构及其制备方法也为该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。
[0043]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种柔性有源应变或压力传感器结构，其特征在于，包括柔性压电传感器单元和形成于有机柔性衬底上的有源场效应晶体管，所述场效应晶体管的沟道由半导体性单壁碳纳米管薄膜、单根半导体性单壁碳纳米管或其平行阵列构成，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，所述场效应晶体管具有背栅型或顶栅型栅极；所述压电传感器单元由柔性压电薄膜材料制成，其位于所述场效应晶体管的栅极之上，所述压电传感器单元通过其底端电极与所述栅极形成电学接触、通过其顶端电极与所述源极相连，并共同连接接地信号，所述漏极连接电源电压。
2.根据权利要求1所述的柔性有源应变或压力传感器结构，其特征在于，所述柔性衬底材料包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。
3.根据权利要求1所述的柔性有源应变或压力传感器结构，其特征在于，所述柔性压电薄膜材料包括聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯的铁电共聚物。
4.一种柔性有源应变或压力传感器结构的制备方法，其特征在于，包括:在柔性衬底上制备由半导体性单壁碳纳米管构成沟道材料的场效应晶体管，并制备所述场效应晶体管源极、漏极和栅极的引出电极；在形成的所述场效应晶体管的栅极引出电极上制备作为压电传感器单元的柔性压电薄膜材料，以及在所述柔性压电薄膜的上、下表面制备其顶端、底端引出电极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述场效应晶体管的制备方法包括:在柔性衬底上制备背栅和沉积栅介质，然后，在所述栅介质上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单根半导体性单壁碳纳米管或其平行阵列作为沟道材料，最后，在所述半导体性单壁碳纳米管二端上制备源极和漏极以及源极、漏极和栅极的引出电极。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述场效应晶体管的制备方法包括:在柔性衬底上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单根半导体性单壁碳纳米管或其平行阵列作为沟道材料，然后，在所述半导体性单壁碳纳米管二端上制备源极和漏极，最后，沉积栅介质和制备顶栅以及源极、漏极和栅极的引出电极。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柔性压电薄膜的制备方法包括:利用半导体封装工艺，将固态压电薄膜材料通过导电银胶粘贴在所述场效应晶体管栅极的引出电极表面，然后，加热烧结导电银胶，使所述压电薄膜的下表面与所述栅极形成电学接触。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柔性压电薄膜的制备方法包括:利用干膜光敏胶或感光油墨和传统光刻工艺，先在所述场效应晶体管栅极的引出电极表面形成光刻图形，然后，旋涂液态压电薄膜材料并将超出干膜光敏胶或感光油墨厚度的液态压电薄膜材料刮去，并加热固化液态压电薄膜材料，最后，再利用碱性去胶液去除干膜光敏胶或感光油墨，形成图形化的柔性压电薄膜。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柔性压电薄膜顶端引出电极的制备方法包括:首先，制备蒸镀掩膜版，在需要蒸镀金属引出电极的区域形成镂空图形，然后，利用蒸镀掩膜版和物理沉积工艺，在柔性压电薄膜的上表面制备金属引出电极；所述物理沉积工艺包括电子束蒸发、热蒸发或溅射。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底材料包括聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯；所述柔性压电薄膜材料包括聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯的铁电共聚物。
【专利摘要】本发明公开了一种柔性有源应变或压力传感器结构及制备方法，利用碳纳米管晶体管作为柔性有源场效应晶体管，采用柔性压电薄膜材料制备压电式的应变或压力传感器单元，并将压电传感器与有源场效应晶体管的栅极进行工艺集成，从而将压电传感信号通过碳纳米管场效应晶体管进行信号放大和输出，在实现对柔性应变或压力传感器有源控制的同时，也保证了压电式传感器较高的灵敏度，为该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。
【IPC分类】H01L29-78, H01L29-10, H01L21-336, G01B7-16, G01L1-16
【公开号】CN104613861
【申请号】CN201510052366
【发明人】郭奥, 胡少坚, 周伟
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司, 成都微光集电科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月2日