[发明专利]基于微结构介电层的薄膜晶体管压力传感器及制备方法

说明书

基于微结构介电层的薄膜晶体管压力传感器及制备方法，属于压力传感器领域。本发明的压力传感器包括顺次设置的衬底玻璃、有源层、PDMS薄膜层、PDMS微结构层、ITO层和PET层，衬底玻璃上设置有与有源层接触的金属电极，所述的PDMS薄膜层在有源层之上，所述PDMS微结构层包括至少9个PDMS材质的锥形体，所述锥形体的底面与ITO层接触，锥形体的顶端与PDMS薄膜层接触，所述锥形体为自顶端向底面横截面逐渐增大的几何体。本发明提高了受压力时PDMS的形变，极大的提升了器件的压力灵敏度。

技术领域

本发明属于压力传感器领域。

背景技术

压力传感器在个人电子设备和工业监控应用广泛，在很大程度上促进了现代社会科学技术的进步。基于有机材料的柔性压力传感器结合了柔性和低成本的独特优势，在人造智能系统和可穿戴医疗保健设备中有着前景广阔的应用，已经成为一个高度活跃的研究领域。

有机场效应晶体管(Organic field-effect transistor，OFET)已被用作显示面板和传感器设备中的有源元件，并且被认为是在塑料和柔性基板上大面积制造逻辑元件的关键要素。已经有开创性的工作中用OFET作为导电橡胶压力传感器的读出元件，但是低压状态下没有足够的压力敏感特性。近年来出现的OFET压力传感器，采用弹性橡胶作为介电层，但由于弹性体固有的弹性极限及粘弹性蠕变效应，器件的灵敏度、响应时间并不理想。有必要提出一种结构简单、高灵敏度、快响应时间的压力传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高灵敏度的薄膜晶体管压力传感器及制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，基于微结构介电层的薄膜晶体管压力传感器，其特征在于，包括顺次设置的的衬底玻璃、有源层、PDMS薄膜层、PDMS微结构层、ITO层和PET层，衬底玻璃上设置有与有源层接触的金属电极，所述的PDMS薄膜层在有源层之上，所述PDMS微结构层包括至少9个PDMS材质的锥形体，所述锥形体的底面与ITO层接触，锥形体的顶端与PDMS薄膜层接触，所述锥形体为自顶端向底面横截面逐渐增大的几何体。

进一步的，所述锥形体的高度为3-20um，底宽为20-30um，相邻锥形体的底面中心间隔为2-10um。所述锥形体为圆锥体或三棱锥体。

进一步的，所述锥形体排列为M*N的阵列，其中M和N皆为大于3的整数。

有源层的厚度为50nm，PDMS薄膜层的厚度为100nm，ITO层的厚度为200nm,PET层的厚度为0.125mm。

本发明还提供一种基于微结构介电层的薄膜晶体管压力传感器的制备方法，包括下述步骤：

1)刻蚀加工表面具有锥形槽阵列微结构的硅模具；

2)玻璃基片和ITO/PET柔性衬底清洗；

3)蒸镀源极和漏极：以Au作为源极和漏极的电极材料，在步骤2)处理后的玻璃基片上蒸镀源、漏电极，蒸镀时气压低于3×10^-4Pa；

4)制备有源层：在气压低于3×10^-4Pa的环境中，在步骤3)处理后的玻璃基片上蒸镀并五苯(Pentacene)，得到有源层薄膜；

5)制备PDMS薄膜层：在有源层薄膜上旋涂PDMS预聚合物，然后在100℃下退火1h；

6)制备PDMS微结构层：在硅模具上旋涂PDMS预聚合物，然后在80℃条件下退火1h，再将清洗后的ITO/PET衬底层压在PDMS薄膜上，在70℃下固化后将薄膜从硅模具上剥离；

7)层压绝缘层和栅极：将步骤5)处理后的玻璃基片和步骤6)处理后微结构层叠压，使PDMS锥形体的顶点与有源层接触。