本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著人工突觸器件的快速發(fā)展，研究人員實(shí)現(xiàn)了將柔性傳感器和人工突觸器件的有機(jī)結(jié)合，來模擬生物神經(jīng)突觸功能，并將其應(yīng)用于仿生感知領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)將外部刺激(例如光、壓力、嗅覺等)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而使得系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境做出與生物感覺系統(tǒng)類似的響應(yīng)，在觸覺感知系統(tǒng)、視覺感知系統(tǒng)等人工感知系統(tǒng)方面取得一系列有吸引力的研究進(jìn)展?；诰w管的突觸仿生器件由于良好的穩(wěn)定性、可控的測試參數(shù)以及更為清晰的操作機(jī)制日益突出，其中雙電層突觸晶體管由于其柵介質(zhì)層中離子可以自由移動(dòng)，在電場誘導(dǎo)作用下進(jìn)行遷移、積聚進(jìn)而改變溝道導(dǎo)電特性。晶體管中的柵電極可以看作是突觸前膜，溝道層可以看作是突觸后膜，溝道電導(dǎo)可以看作是突觸權(quán)重，這種類似于突觸的工作模式有望在此基礎(chǔ)上開發(fā)出超低能耗的人工突觸器件。

2、2012年，王中林團(tuán)隊(duì)首次提出摩擦納米發(fā)電機(jī)，利用摩擦起電和電荷轉(zhuǎn)移的特性，它在能源收集及傳感領(lǐng)域獨(dú)具優(yōu)勢。將摩擦納米發(fā)電機(jī)與突觸晶體管相結(jié)合，摩擦電勢不僅可以充當(dāng)驅(qū)動(dòng)突觸晶體管的電源，又可以將外部機(jī)械刺激產(chǎn)生的時(shí)空信息與輸出信號(hào)聯(lián)系起來。以主動(dòng)交互自驅(qū)動(dòng)傳感的方式實(shí)現(xiàn)突觸塑性、邏輯功能和在人工觸覺、神經(jīng)形態(tài)學(xué)習(xí)等方面的仿生應(yīng)用。然而，現(xiàn)如今出現(xiàn)的自驅(qū)動(dòng)類型的觸覺傳感器，摩擦納米發(fā)電機(jī)與突觸晶體管為兩個(gè)分立的部分，摩擦電信號(hào)通過導(dǎo)線與晶體管簡單互聯(lián)，存在傳輸損耗以及傳輸效率低的問題，而且兩分立部分制備工藝分離，繁瑣復(fù)雜，并未形成一個(gè)真正統(tǒng)一的整體，在器件集成方面仍存在一定的局限。

3、因此，亟需開發(fā)一種新型自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列及其制備方法，以解決上述技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列及其制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、第一方面，本發(fā)明提供一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，包括：多個(gè)陣列排布的單元，單元為摩擦納米發(fā)電機(jī)和突觸晶體管組成的整體；

3、摩擦納米發(fā)電機(jī)包括第一襯底、第一摩擦層和第二摩擦層，第一摩擦層包括第一支部和第二支部，第一支部設(shè)置在第一襯底上，第二支部設(shè)置在第一支部上，第二支部為鋸齒狀；

4、突觸晶體管包括第二襯底、有源區(qū)和柵介質(zhì)層，有源區(qū)設(shè)置在第二襯底上，柵介質(zhì)層覆蓋在有源區(qū)暴露出的表面上，柵介質(zhì)層復(fù)用為摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦層；

5、其中，第一摩擦層的第二支部與第二摩擦層接觸分離，產(chǎn)生摩擦電。

6、第二方面，本發(fā)明還提供一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列的制備方法，包括：

7、制備摩擦層陣列，摩擦層陣列包括多個(gè)陣列排布的摩擦納米發(fā)電機(jī)，摩擦納米發(fā)電機(jī)包括第一襯底、第一摩擦層和第二摩擦層，第一摩擦層包括第一支部和第二支部，第一支部設(shè)置在第一襯底上，第二支部設(shè)置在第一支部上，第二支部為鋸齒狀；

8、制備突觸晶體管陣列，突觸晶體管陣列包括多個(gè)陣列排布的突觸晶體管，突觸晶體管包括第二襯底、有源區(qū)和柵介質(zhì)層，有源區(qū)設(shè)置在第二襯底上，柵介質(zhì)層覆蓋在有源區(qū)暴露出的表面上，柵介質(zhì)層復(fù)用為摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦層；

9、其中，第一摩擦層的第二支部與第二摩擦層接觸分離，產(chǎn)生摩擦電。

10、本發(fā)明的有益效果：

11、本發(fā)明提供的一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列及其制備方法，包括摩擦層陣列和突觸晶體管陣列組成的4×4獨(dú)立的單元，獨(dú)立單元包括摩擦納米發(fā)電機(jī)和突觸晶體管，自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器包括柔性襯底，形成在襯底上的有源區(qū)，形成在有源區(qū)上的源極和漏極，源極、漏極和有源區(qū)形成整體；整體上覆蓋柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層的材料為離子凝膠，柵介質(zhì)層復(fù)用為摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦層，與柵介質(zhì)層間隔一定空隙為組成摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一摩擦層，第一摩擦層附著在組成摩擦納米發(fā)電機(jī)的柔性襯底上；第一摩擦層的第二支部與第二摩擦層接觸分離，產(chǎn)生摩擦電，影響有源區(qū)導(dǎo)電特性。其中，在結(jié)構(gòu)上，離子凝膠作為突觸晶體管的柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層復(fù)用為摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦層，使得摩擦納米發(fā)電機(jī)與突觸晶體管形成高度集成的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，摩擦納米發(fā)電機(jī)中的第一摩擦層與第二摩擦層接觸或分離，產(chǎn)生脈沖電壓，在有源區(qū)形成對(duì)應(yīng)感應(yīng)電荷，改變有源區(qū)導(dǎo)電特性，無需外部供電即在源極和漏極之間產(chǎn)生突觸電流，實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)仿生觸覺功能；在材料上，離子凝膠作為突觸晶體管的柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層/氧化物半導(dǎo)體界面處形成雙電層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生巨大的電容，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生極高的載流子濃度，使得突觸晶體管可在極低電壓下工作。

12、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，其特征在于，包括：多個(gè)陣列排布的單元，所述單元包括摩擦納米發(fā)電機(jī)和突觸晶體管；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，其特征在于，所述第一襯底和所述第二襯底的材料包括水凝膠、聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，其特征在于，所述第一摩擦層的材料包括尼龍、羊毛、蠶絲、橡膠、丁腈、銅箔、鋁箔、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，其特征在于，所述突觸晶體管還包括有源區(qū)、源極和漏極，所述源極和所述漏極位于所述有源區(qū)上，且所述源極和所述漏極間隔設(shè)置；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列，其特征在于，所述柵介質(zhì)層的材料包括電解質(zhì)溶液、離子液體、離子凝膠、離子導(dǎo)電聚合物或質(zhì)子導(dǎo)電聚合物中的一種或多種。

6.一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列的制備方法，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列的制備方法，其特征在于，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備過程包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列的制備方法，其特征在于，所述突觸晶體管的制備過程包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列的制備方法，其特征在于，生長所述有源區(qū)和在所述有源區(qū)上表面沉積源極和漏極均采用原位生長工藝，在同一腔體內(nèi)連續(xù)進(jìn)行不同材料的沉積。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自驅(qū)動(dòng)人工觸覺傳感器陣列及其制備方法，包括：多個(gè)陣列排布的單元，單元包括摩擦納米發(fā)電機(jī)和突觸晶體管；摩擦納米發(fā)電機(jī)包括第一襯底、第一摩擦層和第二摩擦層，第一摩擦層包括第一支部和第二支部，第一支部設(shè)置在第一襯底上，第二支部設(shè)置在第一支部上，第二支部為鋸齒狀；突觸晶體管包括第二襯底、有源區(qū)和柵介質(zhì)層，有源區(qū)設(shè)置在第二襯底上，柵介質(zhì)層覆蓋在有源區(qū)暴露出的表面上，柵介質(zhì)層復(fù)用為摩擦納米發(fā)電機(jī)的第二摩擦層；其中，第一摩擦層的第二支部與第二摩擦層接觸分離，產(chǎn)生摩擦電。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)自驅(qū)動(dòng)仿生觸覺功能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉琛,王瑞勃,高睿怡,張玉明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9