晶體管陣列及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種晶體管陣列，包括基底以及共用該基底的若干個晶體管單元，所述晶體管單元包括：位于所述基底上的底電極和底電極連出線；所述底電極上的壓電體，所述壓電體為壓電材料；所述壓電體上的頂電極。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種晶體管陣列的制備方法。所述晶體管陣列的晶體管單元是兩端器件，晶體管單元的頂電極和底電極之間采用具有壓電性質(zhì)的壓電體，通過加在晶體管單元上的應(yīng)力應(yīng)變對晶體管陣列器件中晶體管單元的載流子輸運過程進行有效地調(diào)控或觸發(fā)。
【專利說明】晶體管陣列及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種應(yīng)用在壓力傳感成像方面的晶體管陣列及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在透明柔性襯底上大規(guī)模地集成微小的功能單元對于傳感器、能量采集和人機互動等領(lǐng)域有著重大的意義。目前基于柔性電子學的壓力傳感領(lǐng)域的研究熱點之一是盡量減小襯底材料的彎曲形變對于制得的微納壓力傳感器性能的影響?，F(xiàn)有的壓力傳感技術(shù)多是基于平面型場效應(yīng)晶體管。雖然此類技術(shù)十分成熟，但鑒于場效應(yīng)晶體管單元的三端結(jié)構(gòu)，通常不僅需要比較復(fù)雜的集成工藝，而且基于此類技術(shù)的晶體管陣列的壓力傳感器件缺乏外界環(huán)境與電子器件直接作用交互的機制。
[0003]另外，現(xiàn)有基于平面型場效應(yīng)晶體管的柔性壓力傳感器器件的集成密度也受每個單元尺寸的影響，通常能達到的單元尺寸在幾百微米量級，這嚴重影響了壓力傳感器集成密度和空間分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電學性能直接受到外界機械作用調(diào)控的晶體管陣列。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種晶體管陣列，包括基底以及共用該基底的若干個晶體管單元，所述晶體管單元包括:
[0006]位于所述基底上的底電極和底電極連出線；
[0007]所述底電極上的壓電體，所述壓電體為壓電材料；
`[0008]所述壓電體上的頂電極。
[0009]優(yōu)選地，所述晶體管單元的壓電體具有極化取向。
[0010]優(yōu)選地，所述晶體管單元的壓電體的所述極化取向基本垂直與所述基底平面。
[0011]優(yōu)選地，所述晶體管陣列中，每個所述晶體管單元的壓電體的所述極化方向基本相同。
[0012]優(yōu)選地，所述晶體管陣列的晶體管單元之間還包括柔性絕緣填充層，所述柔性絕緣填充層的上表面至少露出所述晶體管單元的頂電極。
[0013]優(yōu)選地，所述晶體管單元還包括頂電極連出線，所述頂電極連出線用于將所述頂電極連出所述晶體管陣列。
[0014]優(yōu)選地，所述晶體管陣列還包括封裝層，所述封裝層位于所述柔性絕緣填充層上，所述封裝層使所述晶體管單元裸露在所述柔性絕緣填充層上表面的部分被封裝。
[0015]優(yōu)選地，所述晶體管單元的壓電體為ZnO、GaN, CdS、InN、InGaN、CdTe, CdSe或ZnSnO3或錯鈦酸鉛的納米線、納米棒或薄膜,或者聚偏氟乙烯納米纖維。
[0016]優(yōu)選地，所述壓電體為納米線、納米棒或納米纖維，所述壓電體的軸線方向基本垂直于底電極或基底表面。[0017]優(yōu)選地，所述晶體管單元在平行基底方向的截面尺寸為25平方微米或更小。
[0018]優(yōu)選地，所述晶體管單元之間的距離為幾微米至幾毫米。
[0019]優(yōu)選地，所述晶體管單元為軸線基本垂直于基底的圓柱形、四棱柱、六棱柱或不規(guī)則柱形。
[0020]優(yōu)選地，每個所述晶體管單元的壓電體采用相同的壓電材料。
[0021]優(yōu)選地，包括若干個相同的所述晶體管單元。
[0022]優(yōu)選地，所述基底為柔性或硬性基底。
[0023]優(yōu)選地，所述晶體管單元的頂電極和/或底電極采用導(dǎo)電氧化物、石墨烯或銀納米線涂層中的一種，或者采用金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種。
[0024]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種晶體管陣列制備方法，包括步驟:
[0025]提供基底；
[0026]在所述基底上制備包括多個底電極的底電極陣列，以及底電極連出線；
[0027]在所述底電極上制備壓電體，多個所述壓電體形成壓電體陣列；
[0028]在所述壓電體上制備頂電極，多個所述頂電極形成頂電極陣列。
[0029]優(yōu)選地，在所述底電極上制備壓電體步驟之后還包括步驟:
[0030]在所述壓電體之間制備柔性絕緣填充層，所述壓電體的頂部暴露在所述柔性絕緣填充層外。
[0031]優(yōu)選地，所述在所述壓電體上制備頂電極步驟為:
[0032]在所述壓電體和所述柔性絕緣填充層上制備所述頂電極和頂電極連出線，其中，所述頂電極制備在所述壓電體上，頂電極連出線與所述頂電極電連接。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0034]本發(fā)明提供的晶體管陣列，包括基底以及共用該基底的若干個晶體管單元，所述晶體管單元包括:位于所述基底上的底電極和底電極連出線；所述底電極上的壓電體，所述壓電體為壓電材料；所述壓電體上的頂電極。區(qū)別與現(xiàn)有的采用場效應(yīng)晶體管的壓電感應(yīng)晶體管陣列，本發(fā)明的晶體管陣列的晶體管單元是兩端器件，由外加應(yīng)力或應(yīng)變調(diào)控晶體管單元的頂電極和底電極之間的傳輸性質(zhì)，而不是場發(fā)射晶體管的門電壓。當在晶體管陣列上施加應(yīng)力或應(yīng)變或者壓強驅(qū)動使晶體管單元產(chǎn)生形變時，采用壓電材料的壓電體也會發(fā)生相應(yīng)的形變，進而在壓電體內(nèi)部產(chǎn)生一端(底端)為正一端(頂端)為負的壓電電勢場。產(chǎn)生的壓電電勢場可以對晶體管單元中底電極(源極)或頂電極(漏極)附近的壓電體和電極材料之間的界面勢壘有效地調(diào)控，起到與場效應(yīng)晶體管中施加在柵極的門電壓相似的作用，通過加在晶體管單元上的應(yīng)力應(yīng)變對器件中的載流子輸運過程進行有效地調(diào)控或觸發(fā)。施加在不同晶體管單元上的應(yīng)力或應(yīng)變不同時，使壓電體的形變也不同，進而使相應(yīng)晶體管單元的傳輸性質(zhì)不同，通過記錄不同晶體管單元的傳輸性質(zhì)變化可以記錄應(yīng)力或應(yīng)變的強度以及應(yīng)力或應(yīng)變的空間分布
[0035]使晶體管陣列的壓電體內(nèi)部產(chǎn)生壓電電勢的機械驅(qū)動可以是由空氣或水的流動，機器引擎的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，人體運動、肌肉伸縮、呼吸、心跳或是血液流動等產(chǎn)生的機械振動信號。因此，本發(fā)明的晶體管陣列作為壓力感應(yīng)裝置具有廣闊的應(yīng)用范圍。
[0036]本發(fā)明的晶體管陣列中晶體管單元的結(jié)構(gòu)簡單并且可以單獨訪問，而且晶體管單元的尺寸可以達到25平方微米或更小，晶體管單元之間的距離可以為50微米或更小，作為壓力感應(yīng)成像器件，其空間分辨率明顯高于現(xiàn)有場效應(yīng)晶體管陣列的分辨率。另外，晶體管單元中的壓電體采用壓電納米線、納米棒、薄膜或納米纖維，對壓力的響應(yīng)敏感，晶體管單元的壓力分辨率可以達到I千帕或更小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0038]圖1為晶體管陣列實施例一的俯視示意圖；
[0039]圖2為晶體管陣列實施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3和圖4為晶體管陣列實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為晶體管陣列制備方法的流程圖；
[0042]圖6至圖10為晶體管陣列制備過程示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0044]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。
[0045]現(xiàn)有的壓力傳感技術(shù)多是基于平面型場效應(yīng)晶體管，由于場效應(yīng)晶體管單元的三端結(jié)構(gòu)，通常不僅需要比較復(fù)雜的集成工藝，而且基于此類技術(shù)的晶體管陣列的壓力傳感器件缺乏外界環(huán)境與電子器件直接作用交互的機制。另外，現(xiàn)有基于平面型場效應(yīng)晶體管的柔性壓力傳感器器件的集成密度也受每個單元尺寸的影響，通常能達到的單元尺寸在幾百微米量級，這嚴重影響了壓力傳感器集成密度和空間分辨率。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種晶體管陣列，晶體管陣列由共用同一基底的多個獨立工作的晶體管單元組成，所述晶體管單元的結(jié)構(gòu)為金屬、壓電體和金屬結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是利用垂直生長或放置的壓電體(納米壓電材料)制成三維大規(guī)模壓電電子學晶體管陣列，利用壓電體受應(yīng)力作用而產(chǎn)生的壓電電勢對制得的壓電電子學晶體管的載流子輸運進行有效調(diào)控，實現(xiàn)了利用壓電勢作為柵極電壓調(diào)控晶體管的導(dǎo)通情況，以及實現(xiàn)了由應(yīng)變、應(yīng)力或壓強驅(qū)動和控制的電子器件、納微機電器件和傳感器的新方法。
[0046]為使本發(fā)明的技術(shù)方案更清楚，下面結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明的實施例。
[0047]實施例一:
[0048]本實施例的晶體管陣列參見圖1和圖2，其中，圖1為晶體管陣列的俯視示意圖，圖2為晶體管陣列截面的結(jié)構(gòu)示意圖，包括基底100以及共用基底100的若干個UXn個，m和η為任意大于等于I的自然數(shù))晶體管單元200，其中，晶體管單元包括:位于基底100上的底電極201和底電極連出線(在圖中未顯示)、底電極201上的壓電體202和壓電體202上的頂電極203。壓電體202采用壓電材料，可以選擇ZnO、GaN, CdS、InN、InGaN、CdTe,CdSe或ZnSnO3或鋯鈦酸鉛(PZT)等材料的納米線、納米棒或薄膜，或者聚偏氟乙烯(PVDF，poly (vinyl idene fluoride))納米纖維。優(yōu)選為，每個晶體管單元的壓電體材料相同，即晶體管陣列中，所有晶體管單元的壓電體采用相同的壓電材料。壓電體優(yōu)選為具有壓電性的納米線、納米棒或納米纖維，壓電體與底電極或基底的取向優(yōu)選為壓電體的軸線方向基本垂直于底電極或基底。
[0049]對于晶體管單元中的壓電體，優(yōu)選為壓電體具有極化取向。可以通過生長方法獲得單晶或者沉積方法獲得多晶材料，現(xiàn)有的材料制備方法可以實現(xiàn)獲得具有一致極化取向的材料，例如氣相法或液相法沉積獲得的c軸取向的ZnO納米線作為壓電體。由于c軸為ZnO的極化方向，當晶體管陣列受到應(yīng)力或應(yīng)變時，晶體管單元的壓電體ZnO也會發(fā)生相應(yīng)的變形，進而在ZnO內(nèi)部沿著c軸方向產(chǎn)生一端為正一端為負的壓電電勢場。
[0050]在本發(fā)明的晶體管陣列，晶體管單元中壓電體優(yōu)選為具有極化取向，并且所述壓電體材料的極化取向基本垂直于基底表面。例如晶體管陣列中，晶體管單元的壓電體為c軸極化取向的ZnO納米線，并且ZnO納米線的c軸垂直于基底。更優(yōu)選的，晶體管陣列中，每個晶體管單元的壓電體的極化方向基本相同，這種結(jié)構(gòu)使每個晶體管單元中的壓電體的極化方向相同或相近，每個晶體管單元如果材料相同，對外界應(yīng)力或應(yīng)變的響應(yīng)能力接近，則每個晶體管單元的性能也基本相同。
[0051]本實施例中，基底100可以為柔性或硬性基底，可以采用聚酰亞胺(polyimide)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性材料，也可以采用硅片或陶瓷之類的非柔性(硬性)材料。
[0052]晶體管單元200的底電極201和底電極連出線可以采用導(dǎo)電氧化物、石墨烯或銀納米線涂層中的一種，或者采用金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種；底電極連出線的材料可以與底電極材料相同，底電極連出線的作用是將底電極引出晶體管陣列器件外，為晶體管單元的底電極連接外電路，例如晶體管單元的工作電源和測量設(shè)備等。頂電極203也可以采用導(dǎo)電氧化物、石墨烯或銀納米線涂層中的一種，或者采用金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種。頂電極203和底電極201的材料可以相同，也可以不同，在這里不做限定。在實際使用中，采用常用的引出電氣通路的方法將底電極和頂電極引出晶體管陣列，在每個晶體管單元的頂電極和底電極之間連接外電路。
[0053]圖1所示的晶體管陣列中晶體管單元200的形狀不限于圖中所示的軸線垂直于基底表面的四棱柱，還可以為軸線基本垂直于基底表面的圓柱形或六棱柱等，以及不規(guī)則的柱狀。晶體管陣列中，晶體管單元的橫截面尺寸可以為25平方微米或更小，晶體管單元之間的距離可以為50微米或更小。
[0054]晶體管陣列中，優(yōu)選為每個晶體管單元的尺寸、形狀和材料相同。
[0055]場發(fā)射晶體管包括源極、漏極和柵極，由施加在柵極的門電壓控制源極和漏極之間的溝道的寬度，對于三維垂直納米線壓電晶體管陣列的結(jié)構(gòu)中，需要制備環(huán)繞柵極，這樣的結(jié)構(gòu)在制備技術(shù)上難度較大。
[0056]區(qū)別于現(xiàn)有的壓電晶體管陣列，本發(fā)明的晶體管陣列的晶體管單元是兩端器件，對頂電極和底電極之間的傳輸性質(zhì)的控制由門電壓轉(zhuǎn)為外加應(yīng)力或應(yīng)變，也就是由外加應(yīng)力或應(yīng)變代替現(xiàn)有晶體管的第三端施加的門電壓。當在晶體管陣列上施加應(yīng)力或應(yīng)變或者壓強驅(qū)動而使晶體管單元產(chǎn)生形變時，采用壓電材料的壓電體也會發(fā)生相應(yīng)的形變，進而在壓電體內(nèi)部產(chǎn)生一端為正一端為負的壓電電勢場。使壓電體內(nèi)部產(chǎn)生壓電電勢的機械驅(qū)動可以是由空氣或水的流動，機器引擎的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，人體運動、肌肉伸縮、呼吸、心跳或是血液流動等產(chǎn)生的機械振動信號。產(chǎn)生的壓電電勢場可以對晶體管單元中底電極(源極)或頂電極(漏極)附近的壓電體和電極材料之間的界面勢壘有效地調(diào)控，起到與場效應(yīng)晶體管中施加在柵極的門電壓相似的作用，通過加在晶體管單元上的應(yīng)力應(yīng)變對器件中的載流子輸運過程進行有效地調(diào)控或觸發(fā)。施加在不同晶體管單元上的應(yīng)力或應(yīng)變不同時，使壓電體的形變也不同，進而使相應(yīng)晶體管單元的傳輸性質(zhì)不同，通過記錄不同晶體管單元的傳輸性質(zhì)可以記錄應(yīng)力或應(yīng)變的強度和空間分布。
[0057]本實施例中采用只有兩端的晶體管單元形成晶體管陣列，而且晶體管單元垂直與基底，是一種壓電電子學晶體管，這樣的結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)了機械壓力與電子器件的直接交互，而且三維垂直壓電晶體管陣列的結(jié)構(gòu)也規(guī)避了傳統(tǒng)三維垂直納米線晶體管中難以實現(xiàn)的環(huán)繞柵電極的制備。
[0058]由于每個晶體管單元具有獨立的頂電極和底電極，可以通過外圍接口電路對每個晶體管單元進行獨立尋址訪問。本實施例中的晶體管陣列中，晶體管單元在平行基底表面方向的截面尺寸可以達到25平方微米或更小，晶體管單元之間的距離可以為50微米或更小，作為壓力感應(yīng)器件，其空間分辨率明顯高于現(xiàn)有場效應(yīng)晶體管陣列的分辨率。另外，晶體管單元中的壓電體采用壓電納米線、納米棒、薄膜或納米纖維，對壓力的響應(yīng)敏感，晶體管單元的壓力分辨率可以達到I千帕或更小。
[0059]實施例二:
[0060]參見圖3，本實施例與實施例一的區(qū)別在于，在晶體管單元200之間填充柔性絕緣填充層300。柔性絕緣填充層300的填充高度可以略低于晶體管單元的壓電體202，柔性絕緣填充層300的上表面至少露出晶體管單元200的頂電極203，參見圖3中所示。本實施例中晶體管陣列的其他部分與實施例一中相同，在這里不再重復(fù)。
[0061]柔性絕緣填充層的材料可以采用聚二甲硅氧烷(PDMS)、SU-8環(huán)氧樹脂或其他柔性絕緣材料。柔性絕緣填充層可以起到增強晶體管陣列器件機械強度和延長器件工作壽命的作用。
[0062]另外，為了保護晶體管陣列的機械結(jié)構(gòu)，本實施例的晶體管陣列還可以包括封裝層，可以將晶體管陣列中的頂電極進行封裝。參見圖4，將晶體管單元的頂電極電連接的頂電極連出線(即電氣通路，在圖中未示出)引出后在晶體管陣列的頂部用封裝層400進行封裝，封裝層400位于柔性絕緣填充層300上，晶體管陣列中晶體管單元裸露在柔性絕緣填充層300上表面的部分被封裝在封裝層400內(nèi)。這里所述的晶體管單元裸露在柔性絕緣填充層上表面的部分至少包括晶體管單元的頂電極203和頂電極連出線(圖中未示出)，以及未被柔性絕緣填充層材料包裹住的晶體管單元的壓電體頂部。這樣，晶體管陣列中，晶體管單元整體被封裝在柔性絕緣填充層300和封裝層400內(nèi)。封裝層400的材料可以為聚二甲硅氧烷(PDMS)等常用半導(dǎo)體封裝材料，封裝層可以增強晶體管陣列器件的機械強度，以及避免晶體管陣列器件受到外界環(huán)境中濕度等因素的影響。
[0063]本實施例中，頂電極連出線也可以采用導(dǎo)電氧化物、石墨烯或銀納米線涂層中的一種，或者金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種。頂電極203和頂電極連出線的材料可以相同，也可以不同，在這里不做限定。每個晶體管單元的頂電極連出線和底電極連出線用于連接該晶體管單元的外電路。
[0064]本發(fā)明的晶體管陣列中，作為晶體管單元的頂電極、頂電極連出線、底電極或底電極連出線的導(dǎo)電氧化物可以為銦錫金屬氧化物(ΙΤ0)，摻鋁氧化鋅(ΑΖ0)，摻鎵氧化鋅(GZO)和銦鎵共摻氧化鋅(IGZO)等導(dǎo)電氧化物材料。
[0065]實施例三:
[0066]本實施例中提供一種晶體管陣列的制備方法，圖5為晶體管陣列制備方法的流程圖，包括:
[0067]步驟S10，提供基底；
[0068]步驟S20，在所述基底上制備包括多個底電極的底電極陣列，以及每個底電極的連出線；
[0069]步驟S30，在所述底電極上制備壓電體，多個所述壓電體形成壓電體陣列；
[0070]步驟S40，在所述壓電體上制備頂電極，多個所述頂電極形成頂電極陣列。
[0071]下面結(jié)合附圖具體介紹晶體管陣列的制備過程，包括以下步驟:
[0072]首先，提供基底?；椎牟牧峡梢詾榫埘啺?polyimide)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性材料，也可以為硅片和陶瓷等非柔性材料。
[0073]在基底上制備包括多個底電極的底電極陣列，以及每個底電極的連出線。參見圖6，在基底10上通過半導(dǎo)體加工工藝中的光刻掩膜和金屬淀積技術(shù)，在基底材料上按設(shè)計圖案選擇性地淀積底電極陣列20，以及每個底電極的連出線(圖中未顯示)。底電極陣列中，每個底電極的尺寸、形狀以及底電極之間的距離根據(jù)晶體管陣列的設(shè)計要求決定。底電極連出線的布線方式可以采用集成電路的布線方式，在這里不做特別限定。底電極連出線的作用是將晶體管單元的底電極電連接至晶體管陣列外，與其他驅(qū)動或測量設(shè)備等外電路連接。
[0074]在底電極上制備壓電體，多個所述壓電體形成壓電體陣列。參見圖7，首先，通過半導(dǎo)體加工工藝中的光刻掩膜和薄膜淀積技術(shù)，在前述制得的底電極20上按設(shè)計圖案選擇性地淀積壓電體的籽晶材料。例如壓電體采用ZnO納米線，則籽晶材料也選擇ZnO。然后，利用氣相法或液相法在前述淀積了籽晶層的底電極20上沿豎直方向生長出具有一致極化取向的壓電材料，形成壓電體30，多個壓電體30形成壓電體陣列。例如采用常規(guī)水熱合成方法在底電極20上的ZnO籽晶層上生長c軸取向的ZnO納米線壓電體。壓電體的直徑為幾百納米至幾微米，長度為幾百納米至幾十微米。單獨一個壓電體中可以包括一根或多根納米線或納米棒。
[0075]在底電極20上制備壓電體30的步驟也可以采用微加工技術(shù)，將預(yù)先制備好的納米材料放置在底電極上。
[0076]為了增強晶體管陣列的機械強度和延遲器件工作壽命，可以在底電極上制備壓電體步驟之后還包括步驟:在壓電體之間制備柔性絕緣填充層，所述壓電體的頂部暴露在柔性絕緣填充層外。具體參見圖8，可以利用半導(dǎo)體加工工藝中的甩膜技術(shù)在前述制得的器件上均勻甩一層厚度合適的填充材料，填充材料的厚度至少使底電極20和壓電體30被填充材料掩蓋，填充材料優(yōu)選柔性絕緣填充材料，如聚二甲硅氧烷(PDMS)或SU-8環(huán)氧樹脂等。將填充材料進行如加熱或曝光等處理使其機械強度達到要求范圍后，利用等離子體干法刻蝕技術(shù)將填充材料頂部均勻除去合適厚度后，將前述制得的壓電體30的頂部露出適當高度，剩余的填充材料形成柔性絕緣填充層40。
[0077]在壓電體上制備頂電極，多個所述頂電極形成頂電極陣列。該步驟中在制備頂電極時可以同時制備頂電極連出線，用于將頂電極引出晶體管陣列。參見圖9，利用半導(dǎo)體加工工藝中的光刻掩膜和金屬淀積技術(shù)，在前述制得的壓電體陣列頂部和絕緣柔性填充層上按設(shè)計圖案選擇性地淀積頂電極50以及頂電極連出線(圖中未顯示)，使得頂電極50制備在壓電體上，頂電極連出線制備在所述柔性絕緣填充層上。頂電極與壓電材料形成的壓電體頂部形成電學接觸。多個頂電極50形成頂電極陣列，完成晶體管陣列的制備。
[0078]制備頂電極連出線的步驟也可以在頂電極制備步驟之后單獨進行。
[0079]為了增強晶體管陣列的機械強度，在前述制得的晶體管陣列器件的表面覆蓋一層聚二甲硅氧烷(PDMS)等封裝層60，將晶體管單元露出柔性絕緣填充層上表面的部分封裝，參見圖10，晶體管單元的頂電極50、頂電極連出線和壓電體30露出柔性絕緣填充層40的部分封裝在封裝層60內(nèi)。
[0080]為前述制得的晶體管陣列的晶體管單元的頂電極連出線和底電極的連出線之間接通電源，可以通過多通道電學測量系統(tǒng)對晶體管陣列器件內(nèi)的每一個晶體管單元的電學性質(zhì)進行檢測。當外界環(huán)境中的機械信號(如空氣或水的流動，機器引擎的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，人體運動、肌肉伸縮、呼吸、心跳或是血液流動等產(chǎn)生的機械振動信號)作用于晶體管陣列器件時，由于機械應(yīng)變引起的壓電電勢的存在，受機械應(yīng)力作用的每個晶體管單元中的壓電體的電學性質(zhì)發(fā)生變化。多通道電學測量系統(tǒng)記錄該變化，通過將采集得到的電學參數(shù)值和相應(yīng)的晶體管單元對應(yīng)，并利用諸如Matlab等處理軟件進行繪圖處理，即可得到對外界環(huán)境機械信號(如應(yīng)力)的傳感和成像信息。
[0081]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體管陣列，其特征在于，包括基底以及共用該基底的若干個晶體管單元，所述晶體管單元包括: 位于所述基底上的底電極和底電極連出線； 所述底電極上的壓電體，所述壓電體為壓電材料； 所述壓電體上的頂電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元的壓電體具有極化取向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元的壓電體的所述極化取向基本垂直與所述基底平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管陣列中，每個所述晶體管單元的壓電體的所述極化方向基本相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管陣列的晶體管單元之間還包括柔性絕緣填充層，所述柔性絕緣填充層的上表面至少露出所述晶體管單元的頂電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元還包括頂電極連出線，所述頂電極連出線用于將所述頂電極連出所述晶體管陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管陣列還包括封裝層，所述封裝層位于所述柔性絕緣填充層上，所述封裝層使所述晶體管單元裸露在所述柔性絕緣填充層上表面的部分被封裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7`任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元的壓電體為ZnO、GaN、CdS、InN、InGaN、CdTe、CdSe或ZnSnO3或錯鈦酸鉛的納米線、納米棒或薄膜，或者聚偏氟乙烯納米纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體管陣列，其特征在于，所述壓電體為納米線、納米棒或納米纖維，所述壓電體的軸線方向基本垂直于底電極或基底表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元在平行基底方向的截面尺寸為25平方微米或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元之間的距離為幾微米至幾毫米。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元為軸線基本垂直于基底的圓柱形、四棱柱、六棱柱或不規(guī)則柱形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，每個所述晶體管單元的壓電體采用相同的壓電材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，包括若干個相同的所述晶體管單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述基底為柔性或硬性基底。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的晶體管陣列，其特征在于，所述晶體管單元的頂電極和/或底電極采用導(dǎo)電氧化物、石墨烯或銀納米線涂層中的一種，或者采用金、銀、鉬、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種。
17.一種晶體管陣列制備方法，其特征在于，包括: 提供基底； 在所述基底上制備包括多個底電極的底電極陣列，以及底電極連出線； 在所述底電極上制備壓電體，多個所述壓電體形成壓電體陣列； 在所述壓電體上制備頂電極，多個所述頂電極形成頂電極陣列。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的晶體管陣列的制備方法，其特征在于，在所述底電極上制備壓電體步驟之后還包括步驟: 在所述壓電體之間制備柔性絕緣填充層，所述壓電體的頂部暴露在所述柔性絕緣填充層外。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的晶體管陣列的制備方法，其特征在于，所述在所述壓電體上制備頂電極步驟為: 在所述壓電體和所述柔性絕緣填充層上制備所述頂電極和頂電極連出線，其中，所述頂電極制備在所述壓電體上，頂 電極連出線與所述頂電極電連接。
【文檔編號】H01L27/02GK103779272SQ201310011220
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】王中林, 武文倬, 溫肖楠 申請人:國家納米科學中心