[发明专利]基于“V”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性传感领域和微纳系统领域，具体为基于“V”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法。

背景技术

传感技术是现今社会测量、测控和智能自动化系统的重要功能单元之一，传感技术的研究与发展成为了每个国家十分重视的发展领域。近年来，柔性电子技术以其巨大的性能优势与快速的发展速度在世界范围内掀起一场技术革命。柔性传感器的研究也成为研究人员面临的新挑战、新领域。

压力传感器是一种能感测到外界压力改变的传感器，并广泛应用于可穿戴、可贴附电子皮肤和电子器件中。为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，电子皮肤或电子器件对柔性、精确性、可靠性、灵敏性等性能指标的要求越来越严格，相应地，对压力传感器的性能指标要求也越来越严格。而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，因此，它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。

从国内外对柔性传感器的最新研究来看主要为柔性压力传感器的研究，常用的柔性衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（Poly ethylene terephthalate，简称PET）、聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，简称PVDF)薄膜、聚乙烯二氧噻吩（Poly ethylenedioxythiophene，简称PEDOT）导电聚合物等，基于银纳米线、碳纳米管实现柔性压力传感器制备，但存在着金属材料与柔性衬底容易脱落、发生较大形变时金属电极容易断裂导致传感器失效的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了基于“V”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：基于“V”型槽阵列电极的柔性压力传感器制作方法，包括柔性压力传感器“V”型槽阵列电极的制备和碳纳米管/PDMS聚合物的制备，柔性压力传感器“V”型槽阵列电极的制备包括以下步骤：

第一步：选取硅片并清洗，去除硅片表面碳氢化合物、碱离子、金属污染物；

第二步：将清洗后的硅片放入烘箱中烘烤，进行表面活化，增强光刻胶与硅片的粘附性；

第三步：对烘烤后的硅片使用匀胶机进行旋转匀光刻胶，匀胶后进行前烘；

第四步：前烘后的硅片用光刻机曝光，用配套显影液显影，并热板坚膜；

第五步：以光刻胶作为掩膜使用BOE腐蚀SiO₂，去除光刻胶后得到以SiO₂为掩膜窗口的第一模板；

第六步：对第一模板用KOH腐蚀，在硅片表面形成若干间隔的倒梯形的凹槽并去除SiO₂；

第七步：对上述形成凹槽的硅片进行RCA清洗，并完成PECVD沉积SiO₂层制备；

第八步：进行第二次匀胶、光刻、BOE腐蚀SiO₂，去除光刻胶后得到以SiO₂为掩膜窗口的第二模板；

第九步：对第二模板用KOH腐蚀，在硅片表面形成“V”型槽阵列微电极并去除SiO₂，得到柔性压力传感器硅模板；

第十步：制备出的硅模板和聚碳酸酯衬底放入纳米压印机样品台中，使硅模板上的结构压入聚碳酸酯中，脱膜后完成纳米压印模板的制作；

第十一步：把聚二甲基硅氧烷与固化剂混合，充分搅拌后进行真空脱泡处理，脱泡完成后将聚二甲基硅氧烷均匀涂在纳米压印模板表面，进行二次真空脱泡处理，当气泡完全消失后，放入烘箱进行固化；

第十二步：将固化后的聚二甲基硅氧烷脱膜，利用磁控溅射仪在聚二甲基硅氧烷表面进行金属Ag薄膜溅射工艺，溅射后得到的柔性压力传感器“V”型槽阵列电极；

碳纳米管/PDMS复合薄膜的制备包括以下步骤：碳纳米管颗粒加入无水乙醇后，在超声波清洗器中超声分散，超声时产生的局部高温或强的冲击波，消弱纳米颗粒间的作用力，防止纳米颗粒团聚，得到碳纳米管悬浮液，加入胶状PDMS聚合物，在烘烤机上加热，待无水乙醇挥发完全，冷却后加入PDMS固化剂搅拌，再放入真空烘箱中，抽真空脱除气泡，最后，将脱除气泡后的混合物倒入模具中再抽真空，在烘箱中固化得到的碳纳米管/PDMS复合薄膜；

取上述制得的两个柔性压力传感器“V”型槽阵列电极分别作为上电极和下电极，碳纳米管/PDMS复合薄膜作为中间介电层，封装形成柔性压力传感器。