本發(fā)明屬于溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具體集成了內(nèi)部信號(hào)放大功能并將溫度變化轉(zhuǎn)化為電流變化的有源溫度傳感器。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，為了使機(jī)器人能智能的應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境中的變化，就需要一個(gè)能提供與之進(jìn)行交互的感知環(huán)境或者接觸物體溫度的肌膚，因此由溫度傳感器分布組成的電子皮膚成為了機(jī)器人不可或缺的重要組成部分。為了能夠滿足這一應(yīng)用的需求，電容式溫度傳感器的高靈敏度、高空間分辨率、易于實(shí)現(xiàn)大面積、柔性、彈性等優(yōu)點(diǎn)適合作為電子肌膚的傳感單元。

傳統(tǒng)的溫度傳感器主要分為電阻式和電容式兩種，電阻式溫度傳感器雖然測(cè)量電路簡(jiǎn)單，成本比較低，但是靈敏度低、易脆、沒(méi)有彈性、有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的電容式溫度傳感器對(duì)于溫度變化表現(xiàn)為電容值的變化。兩者都是無(wú)源器件，沒(méi)有內(nèi)部信號(hào)放大的功能。另外,由于一些電容式溫度傳感器對(duì)溫度的響應(yīng)信號(hào)的讀取不是很方便，需要在電路系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量讀取，并且測(cè)量電路往往伴隨著高的噪聲，所以很難準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)。在實(shí)際使用中往往需要配合一定的復(fù)雜外圍電路才能應(yīng)用。例如文氏電橋電路，把隨溫度變化電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率變化，外圍電路非常復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一目的在于：發(fā)明一種集成的溫度傳感器，將溫度傳感單元和信號(hào)處理單元集成在一起，具有高靈敏度和電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

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)明所述的溫度傳感器，包括雙柵薄膜晶體管和溫度傳感電容，并且形成因溫度變化引起電流改變的傳感器件。

進(jìn)一步地，所述溫度傳感電容與雙柵薄膜晶體管的頂柵電極集成,并且形成因溫度變化引起電流變化的傳感器件。

進(jìn)一步地，所述傳感器件包括自上而下依次分布的上極板、電容介質(zhì)層、充當(dāng)頂柵電極的下極板、晶體管的頂柵絕緣層、半導(dǎo)體層、晶體管的底柵絕緣層、基板；所述的頂柵絕緣層內(nèi)設(shè)有源極和漏極；所述底柵絕緣層內(nèi)設(shè)有底柵電極。

進(jìn)一步地，所述電容介質(zhì)層的介電常數(shù)隨溫度的變化而變化。

進(jìn)一步地，所述電容介質(zhì)的材質(zhì)為聚偏氟乙烯pvdf。

進(jìn)一步地，所述上極板和下極板均為金屬板。

進(jìn)一步地，所述頂柵絕緣層和底柵絕緣層均為絕緣介質(zhì)層。

進(jìn)一步地，所述源極、漏極和柵極的材質(zhì)均為金屬；

進(jìn)一步地，所述基板為柔性聚酰亞胺pi材質(zhì)或者玻璃。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第二目的在于：提供一種溫度傳感器的制備工藝，具有制作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

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)明所述的溫度傳感器的制備方法，包括如下步驟：

在所述基板的表面噴濺一層金屬并圖形化，形成底柵電極；

利用薄膜沉積工藝，依次沉積底柵絕緣層和半導(dǎo)體層；

利用濕法或干法刻蝕工藝，形成源極和漏極；

利用薄膜沉積工藝制備頂柵絕緣層；

在所述頂柵絕緣層的表面噴濺一層金屬，形成下極板；

秤取聚偏氟乙烯pvdf，控制比例與二甲基甲酰胺dmf溶劑混合，使之充分溶解；

利用點(diǎn)涂、旋涂或者浸涂工藝，將溶液涂在所述頂柵上，干燥成膜，形成聚偏氟乙烯pvdf層；

使用真空蒸鍍技術(shù)，在所述聚偏氟乙烯pvdf層上蒸鍍一層金屬電極并圖形化，形成上極板。

進(jìn)一步地，所述聚偏氟乙烯pvdf與二甲基甲酰胺dmf溶劑混合的比例不超過(guò)10％；所述干燥成膜的溫度為50-70℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述的溫度傳感器，通過(guò)將雙柵薄膜晶體管和溫度傳感電容的集成，實(shí)現(xiàn)將電容變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，便于信號(hào)的處理。具體地，當(dāng)溫度變化時(shí)，溫度傳感電容的電介質(zhì)系數(shù)發(fā)生改變，電容隨著變化，引起雙柵薄膜晶體管的電流變化。該技術(shù)便于大面積范圍內(nèi)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行收集，具有高靈敏度、高空間分辨率、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

與此同時(shí)，本發(fā)明所述的溫度傳感器，在實(shí)際使用過(guò)程中，設(shè)計(jì)的外圍測(cè)量電路十分簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了電路系統(tǒng)。另外，其制備方法簡(jiǎn)單，可以制備出的具有一定分辨率和圖形的溫度傳感器陣列，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的空間分布進(jìn)行測(cè)量。

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)明所述的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖2是本發(fā)明所述的溫度傳感器與外圍電路組成的等效電路圖；

圖3、圖4和圖5是本發(fā)明所述的溫度傳感器在溫度變化時(shí)，電容隨之變化的統(tǒng)計(jì)示意圖；

圖6、圖7和圖8是本發(fā)明所述的溫度傳感器在溫度變化時(shí)，電流隨之變化的統(tǒng)計(jì)示意圖。

圖中：

1：傳感器件

11：上極板12：電容介質(zhì)層13：下極板

14：頂柵絕緣層

141：源極142：漏極

15：半導(dǎo)體層

16：底柵絕緣層

161：柵極

17：基板

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)明所述的溫度傳感器，包括雙柵薄膜晶體管和溫度傳感電容，二者集成為一體，外界溫度的變化，導(dǎo)致電容的變化，繼而使得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(guò)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。具體地，所述溫度傳感電容與雙柵薄膜晶體管的頂柵電極集成,并且形成因溫度變化導(dǎo)致電流變化的傳感器件。

對(duì)于薄膜晶體管(thinfilmtransistor,tft)技術(shù)，其以低成本和大面積的應(yīng)用為目標(biāo)，如目前在液晶平板顯示中廣泛應(yīng)用的非晶硅(a-si)tft技術(shù)，具有非常成熟的tft制作工藝，加上非常簡(jiǎn)便成熟的旋涂集成工藝，從而取代電容式傳感器后置讀取電路的復(fù)雜性，tft的微小化，也可以實(shí)現(xiàn)柔性溫度傳感陣列，得到溫度的空間分布和高分辨率的溫度分布圖像信息。

使用電容式集成的溫度傳感器，靈敏度高于普通的電阻式和壓電式傳感器，并且采用處理后的超高溫度靈敏的pvdf材料作為電容的介質(zhì)層，可以提高靈敏度。

具體地，本發(fā)明所述的溫度傳感器為傳感器件1，如圖1所示，該傳感器件1包括自上而下依次分布的上極板11、電容介質(zhì)層12、下極板13、頂柵絕緣層14、半導(dǎo)體層15、底柵絕緣層16和基板17。其中，所述上極板11和下極板13采用的都是金屬材質(zhì)，本實(shí)施例中采用的是au的材質(zhì)，具有更好的特性；所述頂柵絕緣層14和底柵絕緣層16采用的是絕緣介質(zhì)層，本實(shí)施例采用的是氮化硅sinx材質(zhì)；所述半導(dǎo)體層15采用的是氫化非晶硅a-si:h材質(zhì)；所述基板17采用的是聚酰亞胺pi材質(zhì)。其中，所述下極板13則充當(dāng)了雙柵薄膜晶體管的頂柵，具體與溫度傳感器電容完成集成。

所述電容介質(zhì)層12的材質(zhì)為聚偏氟乙烯pvdf。當(dāng)外部溫度發(fā)生變化時(shí)，首先作用于上極板11，然后傳遞給所述電容介質(zhì)層12，所述電容介質(zhì)層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(guò)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。同樣，對(duì)于具有同等功效的其他材質(zhì)，也是屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍，只是優(yōu)選以上材質(zhì)。

同時(shí)，如圖2所示，其等效后的電路與外圍電路的電路示意圖可以看出，其電路系統(tǒng)是十分簡(jiǎn)單，成本也十分低。

為了更好的說(shuō)明本發(fā)明所述的溫度傳感器以上所提及的效果，結(jié)合如圖2所示的電路具體做如下實(shí)驗(yàn)：

一、測(cè)試前的準(zhǔn)備操作如下：

1、試用干燥箱控制溫度，通過(guò)熱電偶讀出電容介質(zhì)層附近的溫度；

2、用電容表測(cè)量溫度傳感電容隨溫度變化情況，作為參考；

3、使用如圖2所示的電路，把溫度變化使溫度傳感電容的變化，用雙柵薄膜晶體管tft來(lái)轉(zhuǎn)換為電流變化。

二、測(cè)試過(guò)程如下：

1、cx為溫度傳感電容，雙柵薄膜晶體管工作在靠近線性區(qū)的亞閾值區(qū)，ids電流適中；

2、通過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在初始值ids電流為40-50na時(shí)候，變化比例最大，可達(dá)到50％左右；

3、經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，頂柵加負(fù)偏壓ids電流的變化比例明顯優(yōu)于加正偏壓。

三、測(cè)試結(jié)果分析：

1、電容隨溫度變化(參考圖3、圖4和圖5)

(1)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明：升溫時(shí)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的干燥箱升溫相對(duì)比較容易控制；

(2)小電容測(cè)試數(shù)據(jù)比較符合廠家給出的參考曲線，說(shuō)明小電容對(duì)于測(cè)試來(lái)說(shuō)更加穩(wěn)定，另外還有一個(gè)室溫40nf的大電容，但是在低頻高溫下容易有漏電流產(chǎn)生；

(3)把tft工作在線性區(qū)對(duì)0.9nf的電容測(cè)試，發(fā)現(xiàn)ids變化不明顯，25°到70°僅有3-4na左右的變化，所以測(cè)試的時(shí)候可以選用9nf進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

(4)對(duì)雙柵薄膜晶體管tft進(jìn)行動(dòng)態(tài)電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，即選用底柵加脈沖型電壓，因?yàn)槿绻麑?duì)器件采用定值電壓，器件性能很容易隨時(shí)間產(chǎn)生時(shí)間漂移。

2、電流隨溫度變化(如圖6、圖7和圖8所示)

(1)實(shí)驗(yàn)采用室溫9nf電容進(jìn)行測(cè)試；

(2)按電路連接加負(fù)偏壓1-3v適當(dāng)即可；

(3)底柵加16/19v的脈沖變化電壓，使其在19v時(shí)工作在靠近線性區(qū)的亞閾值區(qū)；

(4)電流ids隨著溫度增加而降低，對(duì)圖片反轉(zhuǎn)，可以看出趨勢(shì)基本符合電容的變化趨勢(shì)。(加正偏壓時(shí),ids隨溫度增加而增加)。

通過(guò)圖3-圖5所示，可以看出，電容是隨著溫度的變化而變化，并且幅度較大。再結(jié)合圖6-圖8所示，可以看出，電流隨著溫度的變化十分明顯，達(dá)到近50％，初步實(shí)現(xiàn)了高靈敏的溫度測(cè)量。

以上是對(duì)本發(fā)明所述的溫度傳感器的結(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：在所述基板的表面噴濺一層金屬并圖形化，形成底柵電極；

s2：利用薄膜沉積工藝，依次沉積底柵絕緣層和半導(dǎo)體層；

s3：利用濕法或干法刻蝕工藝，形成源極和漏極；

s4：利用薄膜沉積工藝制備頂柵絕緣層；

s5：在所述頂柵絕緣層的表面噴濺一層金屬，形成下極板；

s6：秤取聚偏氟乙烯pvdf，控制比例與二甲基甲酰胺dmf溶劑混合，使之充分溶解；其中，聚偏氟乙烯pvdf與二甲基酰胺dmf的混合混合比例不超過(guò)10％，優(yōu)選為8％。同理，pvdf-trfe的比例同上。

s7：利用點(diǎn)涂、旋涂或者浸涂工藝，將溶液涂在所述頂柵上，干燥成膜，形成聚偏氟乙烯pvdf層；其中干燥成膜的溫度為50-70℃；

s8：使用真空蒸鍍技術(shù)，在所述聚偏氟乙烯pvdf層上蒸鍍一層金屬電極并圖形化，形成上極板。

以上制備方法具有非常成熟的tft制備工藝，并且結(jié)合簡(jiǎn)便、成熟的旋涂集成工藝，取代了電容式傳感器后置讀取電路的復(fù)雜性，并且制備出的溫度傳感器體積微小化，還可以實(shí)現(xiàn)柔性溫度傳感陣列，具有高靈敏度和高分辨率的特點(diǎn)。

本發(fā)明所述的溫度傳感器的其它結(jié)構(gòu)參見(jiàn)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)。