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      柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法

      文檔序號:8210415閱讀:1199來源:國知局
      柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]近年來,隨著智能可穿戴產(chǎn)品的迅速發(fā)展,柔性傳感器逐漸成為研宄人員探索的熱點課題之一,其中,柔性壓力傳感器尤其受到越來越多的關(guān)注,其可潛在應用于構(gòu)建人造電子皮膚,在未來健康醫(yī)療領(lǐng)域具有非常廣闊的市場前景,此外,柔性壓力傳感器還是柔性觸屏顯示以及智能機器人應用中的核心元器件,這些都表明了柔性壓力傳感器的潛在應用價值。
      [0003]目前,對于柔性壓力傳感器的研宄可基于多種工作原理,包括電容式、壓阻式、壓電式等,其所用的基礎(chǔ)材料也是種類繁多,包括納米線、碳納米管、聚合物納米纖維、金屬納米顆粒、石墨稀等。
      [0004]中國專利CN 102410895 B公開了一種織物型壓力傳感器的制造方法以及制造工具,其將傳感織物裁剪成預定的尺寸,通過縫紉的方法連接柔性導電線與所述傳感織物的導線;通過夾持定位器在預定的張力下固定所述傳感織物;通過下轉(zhuǎn)換層定位盒粘合下轉(zhuǎn)換層和所述傳感織物;通過上轉(zhuǎn)換層定位盒粘合調(diào)節(jié)柱和所述傳感織物,通過上轉(zhuǎn)換層定位盒粘合上轉(zhuǎn)換層和所述調(diào)節(jié)柱。該專利雖能解決織物型壓力傳感器制造困難的技術(shù)問題,但成本較高、工藝較復雜,無法實現(xiàn)器件的小型化,也未對傳感器與其他器件智能連接給出啟示。
      [0005]最近有研宄結(jié)果報道了利用絲綢作為模板制備了高靈敏度的柔性壓力傳感器,并用于監(jiān)測人體的脈搏、心跳等健康指標(X.Wang, et.al, Adv.Mater.2014, 26, 1336 - 1342),這是對柔性壓力傳感器應用研宄的一大突破,它充分利用了低成本的制備工藝實現(xiàn)了高靈敏度的柔性傳感器,但其面臨的主要問題是無法進一步實現(xiàn)器件的小型化,并且在后續(xù)應用中如何實現(xiàn)傳感器與其他器件的智能連接也將面臨很大挑戰(zhàn)。
      [0006]綜上所述,如何提供一種低成本、智能化、小型化以及高靈敏度的柔性壓力傳感器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題之一。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本發(fā)明的目的在于彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法,以實現(xiàn)傳感器的小型化、高靈敏度。
      [0008]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種柔性壓力傳感件,其包括柔性基底,所述柔性基底上具有包括多個齒狀結(jié)構(gòu)的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域以及電極區(qū)域,所述齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域表面與電極區(qū)域表面覆蓋有相連的導電材料層,所述電極區(qū)域的導電材料層表面還設(shè)有電極。
      [0009]本發(fā)明還提供一種柔性壓力傳感器,其包括兩個上述柔性壓力傳感件,所述兩個柔性壓力傳感件的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域的多個齒狀結(jié)構(gòu)相互交叉耦合連接,以使得齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域表面的導電材料層相互接觸,所述兩個柔性壓力傳感件的電極分別電連接至電源,以形成回路。
      [0010]本發(fā)明還提供一種柔性壓力傳感件的制造方法,其包括以下步驟:
      [0011]步驟S01,提供剛性基底,并在所述剛性基底表面制備具有多個溝槽的溝槽陣列結(jié)構(gòu);
      [0012]步驟S02,在所述剛性基底表面涂布液態(tài)柔性材料,液態(tài)柔性材料填充溝槽并超過溝槽頂部,隨后固化所述液態(tài)柔性材料,以形成柔性基底,所述柔性基底上具有包括多個齒狀結(jié)構(gòu)的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域;
      [0013]步驟S03,取下所述柔性基底,并在柔性基底表面淀積導電材料層;
      [0014]步驟S04,在所述齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域的端部的導電材料層表面制備電極。
      [0015]進一步地,步驟SOl中所述溝槽陣列結(jié)構(gòu)的溝槽與溝槽之間凸臺的形狀為旋轉(zhuǎn)180°的軸對稱,以使得制得的柔性壓力傳感件可以通過多個齒狀結(jié)構(gòu)與另一個所述柔性壓力傳感件的齒狀結(jié)構(gòu)相互交叉耦合連接。
      [0016]進一步地,所述溝槽為倒梯形或倒三角形,所述溝槽之間凸臺為相同形狀的梯形或三角形。
      [0017]進一步地,步驟S04包括在所述齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域端部齒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)斜面上的導電材料層表面制備電極。
      [0018]進一步地,步驟SOl包括在所述溝槽陣列結(jié)構(gòu)的端部外側(cè)留有平坦區(qū)域,步驟S02中所述柔性基底還具有齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域端部外側(cè)的平坦的電極區(qū)域,步驟S04包括在所述齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域端部外側(cè)電極區(qū)域的導電材料層表面制備電極。
      [0019]進一步地,所述剛性基底為半導體襯底,較佳地選自Si襯底、S12襯底、玻璃襯底、Ge襯底或II1-V族半導體襯底。
      [0020]進一步地,所述剛性基底為Si襯底,步驟SOl通過光刻刻蝕工藝制備溝槽陣列結(jié)構(gòu)。
      [0021]進一步地,所述液態(tài)柔性材料選自聚酰亞胺(Polymide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚二甲基硅氧烷(PDMS),步驟S02中固化采用加熱工藝。
      [0022]進一步地,所述導電材料層選自金屬納米線、碳納米管、石墨稀或金屬納米顆粒。
      [0023]進一步地,所述電極選自T1、Au、Al或Cr,步驟S04采用光刻和剝離工藝。
      [0024]本發(fā)明提供的柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法,將低成本的半導體加工工藝應用于高靈敏度的壓阻式柔性壓力傳感件、傳感器的制造工藝中,通過在半導體剛性基底上制作的溝槽形成柔性基底的齒狀結(jié)構(gòu),并在柔性基底表面涂布導電材料層以及制作電極,制得柔性壓力傳感件;本發(fā)明還可通過半導體加工工藝調(diào)節(jié)柔性基底上的齒狀結(jié)構(gòu)的密度,實現(xiàn)對柔性壓力傳感器靈敏度的有效調(diào)控;同時,本發(fā)明利用半導體加工工藝制備齒狀結(jié)構(gòu)可按不同需求實現(xiàn)對器件尺寸的定制,從而容易實現(xiàn)器件的小型化;此外,本發(fā)明利用成熟的半導體加工工藝還可非常方便地實現(xiàn)柔性壓力傳感器與其他器件(如驅(qū)動器件、存儲器件等)的智能連接,從而為實現(xiàn)器件的智能化提供了保證。
      [0025]綜上,本發(fā)明提供的柔性壓力傳感件、傳感器及其制造方法可以實現(xiàn)柔性壓力傳感器的低成本、小型化和高靈敏度的發(fā)展目標,同時也為智能化提供了基礎(chǔ),具有非常重要的應用價值。
      【附圖說明】
      [0026]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點,以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細描述,其中:
      [0027]圖1是本發(fā)明一實施例柔性壓力傳感件的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0028]圖2是本發(fā)明一實施例柔性壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0029]圖3至圖6是本發(fā)明一實施例柔性壓力傳感件制造方法的各步驟示意圖;
      [0030]圖7是本發(fā)明一實施例柔性壓力傳感器的測試結(jié)果示意圖。
      【具體實施方式】
      [0031]請參閱圖1,本實施例的柔性壓力傳感件包括柔性基底3,柔性基底3上具有包括多個齒狀結(jié)構(gòu)311的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域31以及電極區(qū)域32,齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域31表面與電極區(qū)域32表面覆蓋有相連的導電材料層4,電極區(qū)域32的導電材料層表面還設(shè)有電極5。
      [0032]請繼續(xù)參閱圖2,本實施例的柔性壓力傳感器包括兩個圖1實施例的柔性壓力傳感件,兩個柔性壓力傳感件的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域31的多個齒狀結(jié)構(gòu)311相互交叉耦合連接,即齒狀結(jié)構(gòu)與另一傳感件齒狀結(jié)構(gòu)之間的凹槽相配合,如圖2所示,以使得齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域31表面的導電材料層4相互接觸,兩個柔性壓力傳感件的電極5分別電連接至電源,以形成回路。
      [0033]請繼續(xù)同時參閱圖3至圖6,以圖1實施例的柔性壓力傳感件為例,說明其制造方法:
      [0034]步驟S01,提供剛性基底1,并在剛性基底I表面制備具有多個溝槽2的溝槽陣列結(jié)構(gòu)11,如圖3所示;
      [0035]步驟S02,在剛性基底I表面涂布液態(tài)柔性材料,液態(tài)柔性材料填充溝槽陣列結(jié)構(gòu)11中的溝槽2并超過溝槽2頂部,隨后固化液態(tài)柔性材料,以形成柔性基底3,柔性基底3上具有包括多個齒狀結(jié)構(gòu)311的齒狀結(jié)構(gòu)區(qū)域31,如圖4所示;
      [0036]步驟S03,取下柔性基底3,如圖5所示,并在柔性基底3表面淀積導電材料層4,如圖6所示,導電材料層4覆蓋柔性基底3的整個表面;
      [0037]步驟S04,在齒狀
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