本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

作為大面積電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)性組成部分，雙柵薄膜晶體管及其相關(guān)產(chǎn)品享受了激動(dòng)人心的開發(fā)實(shí)施時(shí)間。其主要應(yīng)用平板顯示器已經(jīng)成長(zhǎng)為數(shù)十億美元的行業(yè)，并持續(xù)蓬勃發(fā)展。然而，非顯示應(yīng)用中tft的潛力很少被探索，尚未成熟。

例如，柔性電子皮膚是一種新型機(jī)器人皮膚，其應(yīng)用于仿人型機(jī)器人上，可擁有柔性可彎折的特點(diǎn)。同時(shí)還可以作用于其表面，用來(lái)檢測(cè)壓力和周圍環(huán)境的溫度。

現(xiàn)階段大部分電子皮膚采用多種不同材料實(shí)現(xiàn)壓力與溫度的檢測(cè)，導(dǎo)致其制備工藝變得非常復(fù)雜。例如，在集成電容式壓力傳感器時(shí)，通常會(huì)有相鄰原件之間的串?dāng)_的問題,這樣會(huì)影響期間的檢測(cè)精度；在集成cmos的壓力傳感器時(shí)，則會(huì)有制作成本高和無(wú)法兼容柔性襯底的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的第一目的在于：發(fā)明一種集成的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，與不同的物理場(chǎng)耦合，可以形成多種不同功能的傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，包括雙柵薄膜晶體管和在所述雙柵薄膜晶體管的頂柵極耦合的物理場(chǎng)中的一種或多種；所述物理場(chǎng)包括光場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)或磁場(chǎng)。

進(jìn)一步地，所述物理場(chǎng)為熱場(chǎng)和力場(chǎng)。

進(jìn)一步地，包括集成于同一柔性襯底并且相互獨(dú)立的至少兩個(gè)雙柵薄膜晶體管；其中，至少一個(gè)所述雙柵薄膜晶體管的頂柵極表面設(shè)有極化的壓電材料或非極化的壓電材料；所述壓電材料的表面還設(shè)有金屬材料。

進(jìn)一步地，所述壓電材料為聚偏氟乙烯pvdf。

進(jìn)一步地，所述雙柵薄膜晶體管與非極化的壓電材料、金屬材料形成溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述雙柵薄膜晶體管的頂柵極、非極化的壓電材料和金屬材料形成可變電容。

進(jìn)一步地，所述雙柵薄膜晶體管的源極接地。

進(jìn)一步地，所述雙柵薄膜晶體管與極化壓電材料、金屬材料形成壓力傳感器。

進(jìn)一步地，所述極化的壓電材料的頂層與雙柵薄膜晶體管的源極連接，并且接地。

為了解決上述問題，本發(fā)明的第二目的在于：提供一種基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器中集成溫度和壓力傳感的傳感器的制備工藝，具有制作簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)，同時(shí)制備出的傳感器不會(huì)存在串?dāng)_問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的制備方法，包括如下步驟：

在柔性襯底表面分別濺射一層金屬并圖形化，形成至少兩個(gè)獨(dú)立的底柵極；

利用薄膜沉積工藝，在至少兩個(gè)底柵極上分別依次沉積底柵絕緣層和有源層；

利用濕法或干法刻蝕工藝，在至少兩個(gè)有源層表面分別對(duì)應(yīng)形成至少兩組源極和漏極；

利用薄膜沉積工藝，在每組所述源極和漏極上沉積頂柵絕緣層；

在所述頂柵絕緣層的表面分別涂布一層壓電材料；

在至少一層壓電材料成膜后對(duì)其施加高電場(chǎng)極化，形成極化的壓電材料；

在所述極化的壓電材料和未極化的壓電材料上再沉積金屬材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，通過在雙柵薄膜晶體管的頂柵極耦合物理場(chǎng)，從而使得其不僅僅只是在顯示領(lǐng)域，使得其在傳感以及存儲(chǔ)領(lǐng)域得以發(fā)展和推廣，具體地，該物理場(chǎng)包括有光場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)或磁場(chǎng)，即雙柵薄膜晶體管與光場(chǎng)耦合，形成光電傳感器；與熱場(chǎng)耦合，則形成溫度傳感器；與力場(chǎng)耦合，形成壓力傳感器；與磁場(chǎng)耦合，形成磁傳感器，實(shí)際過程中，與憶阻器結(jié)合運(yùn)用于定義0-1之間的邏輯，其將徹底革新當(dāng)前的計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品。

與此同時(shí)，也可以是以上各物理場(chǎng)之間的有機(jī)組合，例如，熱場(chǎng)與力場(chǎng)的結(jié)合，形成具有溫度和壓力傳感的傳感器。針對(duì)于該種傳感器，在實(shí)際制備過程中，所述基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器是在同一柔性襯底表面上制作而成，并且具有壓力傳感的部分和具有溫度傳感的部分，二者的制備方法基本上一致，可以同步進(jìn)行，只是在于頂柵極耦合的材料進(jìn)行的極化或非極化的處理即可完成。

從以上工藝上來(lái)比，首先，其無(wú)需采用多種不用材料來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力和溫度的檢測(cè)；同時(shí)，壓力部分和溫度部分的制備方法基本上一致，可以同步進(jìn)行，大大節(jié)省了制備的時(shí)間，提升了效率，成本也就相應(yīng)降低。另外，其也不存在將多種不同材料集成過程中造成的串?dāng)_問題，進(jìn)而提供了檢測(cè)的精度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器中溫度部分的等效電路圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器中壓力部分的等效電路圖；

圖4本發(fā)明實(shí)施例2所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖5本發(fā)明實(shí)施例3所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的等效電路圖；

圖6本發(fā)明實(shí)施例4所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。

圖中：

1：雙柵薄膜晶體管

10：源極11：頂柵極12：壓電材料13：源極14：金屬材料15：柔性襯底

16：底柵絕緣層17：有源層18：頂柵絕緣層19：底柵極

2：憶阻器

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，是通過將雙柵薄膜晶體管1的頂柵極11與物理場(chǎng)進(jìn)行耦合，形成不同功能的傳感器。具體地，該物理場(chǎng)包括有光場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)或者磁場(chǎng)，其可以進(jìn)行一種或多種的有機(jī)組合。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中的物理場(chǎng)包含熱場(chǎng)和力場(chǎng)，即與雙柵薄膜晶體管1進(jìn)行耦合后，形成具有溫度傳感和壓力傳感的傳感器，具體地，其包括集成于同一柔性襯底15并且相互獨(dú)立的至少兩個(gè)雙柵薄膜晶體管1，其中，至少一個(gè)所述雙柵薄膜晶體管1的頂柵極11表面設(shè)有極化的壓電材料12或非極化的壓電材料12；所述壓電材料12的表面還設(shè)有金屬材料14。也就是說(shuō)，其中至少有一個(gè)是作為溫度傳感的部分，一個(gè)作為壓力傳感的部分。

因此，在具體使用過程中，當(dāng)外界溫度的變化，導(dǎo)致非極化的壓電材料的變化，即電容的變化，繼而使得溫度傳感部分的雙柵薄膜晶體管的電流發(fā)生變化，并且該電流變化便于采集和轉(zhuǎn)化。另外，通過對(duì)器件工作偏壓的調(diào)節(jié)，使其在亞閾值區(qū)工作，因電容變化引起的頂柵電壓的微小變化可以導(dǎo)致電流指數(shù)數(shù)量級(jí)的變化，這樣有效地提升了靈敏度。

當(dāng)外界壓力的變化，導(dǎo)致極化的壓電材料將壓力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并施加于雙柵薄膜晶體管的頂柵并最終改變其輸出電流大小。同樣，當(dāng)其工作于亞閾值區(qū)域時(shí)擁有最大的靈敏度。

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，以兩個(gè)雙柵薄膜晶體管1為例。具體如圖1所示，其包括兩個(gè)雙柵薄膜晶體管1，其中一個(gè)的頂柵極11的表面設(shè)有極化的壓電材料12，另一個(gè)的頂柵極11的表面設(shè)有非極化的壓電材料12，然后在壓電材料12的表面均設(shè)有金屬材料14。

具體地，所述雙柵薄膜晶體管1都為雙柵極薄膜晶體管，其具體結(jié)構(gòu)自下而上依次分布為：柔性襯底15、底柵絕緣層16、有源層17、頂柵絕緣層18；所述底柵絕緣層16內(nèi)設(shè)有底柵極19，所述有源層內(nèi)設(shè)有源極10和漏極13。

其中，所述金屬材料14本實(shí)施例中采用的是au的材質(zhì)，具有更好的特性；所述底柵絕緣層16和頂柵絕緣層18采用的是絕緣介質(zhì)，本實(shí)施例采用的是氮化硅sinx材質(zhì)；所述有源層17采用的是氫化非晶硅a-si:h材質(zhì)；所述柔性襯底15采用的是聚酰亞胺pi材質(zhì)。

所述壓電材料12的材質(zhì)為聚偏氟乙烯pvdf，也可以是聚偏氟乙烯的共聚物。具體地，所述雙柵薄膜晶體管1與非極化的壓電材料12、金屬材料14形成溫度傳感器，即所述雙柵薄膜晶體管1的頂柵極11、非極化的壓電材料12和金屬材料14形成可變電容，其隨溫度的變化而變化。

當(dāng)外部溫度發(fā)生變化時(shí)，首先作用于金屬材料14，然后傳遞給所述壓電材料12，所述壓電材料12內(nèi)的聚偏氟乙烯pvdf因外部溫度的變化，則會(huì)發(fā)生電容的變化，從而使得雙柵薄膜晶體管的電流發(fā)生改變，進(jìn)而通過外圍電路的放大處理，即可獲取對(duì)應(yīng)精準(zhǔn)的變化值，即具有高靈敏度。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于類似于聚偏氟乙烯pvdf具有同等功效的其他材質(zhì)，也是屬于本發(fā)明所述的壓電材料12保護(hù)的范圍，只是優(yōu)選以上材質(zhì)。

同時(shí)，如圖2所示，其為等效后的電路，所述雙柵薄膜晶體管1的源極20接地，其電路系統(tǒng)是十分簡(jiǎn)單，成本也十分低。

對(duì)于壓力傳感部分，所述雙柵薄膜晶體管1與極化的壓電材料12、金屬材料14形成壓力傳感器。具體地，所述極化的壓電材料12，具有較強(qiáng)的壓電特性，并可以將壓力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。其等效電路圖如圖3所示，所述極化的壓電材料12的頂層與雙柵薄膜晶體管1的源極連接，并且接地。這樣極化的壓電材料12將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并施加于雙柵薄膜晶體管1的頂柵極，并最終改變其輸出電流大小。

以上是對(duì)本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的結(jié)構(gòu)及其性能做出的詳細(xì)說(shuō)，下面對(duì)其制備方法做具體描述，步驟如下：

s1：在柔性襯底15表面分別濺射一層金屬并圖形化，形成兩個(gè)獨(dú)立的底柵極19；

s2：利用薄膜沉積工藝，在兩個(gè)底柵極19上分別依次沉積底柵絕緣層16和有源層17；

s3：利用濕法或干法刻蝕工藝，在兩個(gè)有源層17表面分別對(duì)應(yīng)形成兩組源極10和漏極13；

s4：利用薄膜沉積工藝，在每組所述源極10和漏極13上沉積頂柵絕緣層18；

s5：在所述頂柵絕緣層18的表面涂布一層壓電材料12；

s6：在所述壓電材料12成膜后對(duì)其施加高電場(chǎng)極化，形成極化的壓電材料12；

s7：在所述極化的壓電材料12和未極化的壓電材料12上再沉積金屬材料14。

具體地，采用雙柵薄膜晶體管與柔性襯底集成,克服了現(xiàn)有電子肌膚面臨的耐腐蝕和無(wú)法集成到柔性材料的問題.將極化的壓電材料附著在雙柵薄膜晶體管的頂柵,壓力可以經(jīng)由極化壓電材料薄膜轉(zhuǎn)化為雙柵薄膜晶體管的輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)壓力的傳感。

同時(shí)，將未極化的壓電材料附著在雙柵薄膜晶體管的頂柵極，在未極化的壓電材料的另一端加合適的偏置電壓，可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳感。

以上制備方法無(wú)需采用不同的材料分別制成壓力傳感和溫度傳感，然后集成在一起，即只是在沉積壓電材料之后，對(duì)于壓力傳感的部分還需要施加高電場(chǎng)極化，從而使得其在壓力的變化下產(chǎn)生電壓信號(hào)，并施加于雙柵薄膜晶體管的頂柵，并最終改變其輸出電流的大小。對(duì)于溫度傳感器的部分，則無(wú)需以上工藝，就可以形成溫度變化帶來(lái)電容變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為雙柵薄膜晶體管的輸出電流的變化。該方法不僅大大簡(jiǎn)化了加工的工藝，還避免了串?dāng)_的問題，也就相應(yīng)提升了檢測(cè)的精度。

本發(fā)明將溫度傳感和壓力傳感集成在同一柔性襯底，并且擁有微米級(jí)的尺寸結(jié)構(gòu)，在保持制作工序簡(jiǎn)單的前提下，大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。因此，其可以實(shí)現(xiàn)大面積高密度的傳感器布置的電子肌膚，如果布置足夠多數(shù)量的溫度傳感器，則還可以構(gòu)建多點(diǎn)溫度壓力信息采集系統(tǒng)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)僅在于：本發(fā)明設(shè)置的雙柵薄膜晶體管1的數(shù)量為三個(gè)，具體如圖4所示，所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器，包括三個(gè)雙柵薄膜晶體管1，其中一個(gè)的頂柵極11的表面設(shè)有極化的壓電材料12，另兩個(gè)的頂柵極11的表面設(shè)有非極化的壓電材料12，然后在壓電材料12的表面均設(shè)有金屬材料14。也即是：本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器設(shè)置有兩個(gè)溫度傳感部分，單個(gè)壓力傳感部分。其具體的工作原理和制備方法與實(shí)施例1的一致，在此不再贅述。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于：物理場(chǎng)為磁場(chǎng)，其與雙柵薄膜晶體管1的頂柵極11耦合形成磁傳感器，與憶阻器結(jié)合使用，如圖5所示。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于：物理場(chǎng)為光場(chǎng)，其與雙柵薄膜晶體管1的頂柵極11耦合形成光電傳感器，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。其中頂柵極為透明導(dǎo)電層，光從頂部進(jìn)入雙柵薄膜晶體管1內(nèi)部并被三維溝道吸收，進(jìn)而影響輸出電流，通過底柵極19對(duì)雙柵薄膜晶體管1工作區(qū)進(jìn)行選擇，其中工作在亞閾值區(qū)的時(shí)候，輸出電流隨外場(chǎng)變化的幅度最大。

本發(fā)明所述的基于雙柵薄膜晶體管的多功能傳感器的其它結(jié)構(gòu)參見現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。