薄膜晶體管傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明至少一實施例提供涉及一種薄膜晶體管傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著智能可穿戴設(shè)備、與人體相關(guān)的體外醫(yī)療設(shè)備以及體內(nèi)植入醫(yī)療設(shè)備的迅速發(fā)展，壓力傳感器得到越來越多的關(guān)注。通過設(shè)置壓力傳感器，可以感知外部壓力信號的變化。
[0003]壓力傳感器的研究可基于多種工作原理，包括電容式、壓阻式、壓電式等，傳統(tǒng)的壓電薄膜傳感器，主要是基于壓電效應(yīng)進行工作。壓電效應(yīng)例如是指:某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。通常的壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)，工藝和性能，由于沒有具備柔性及彈性，也很難達到人體所需生物兼容性。很難與人體相關(guān)的醫(yī)療體外及可穿戴設(shè)備人性化的相匹配。更難達到體內(nèi)植入醫(yī)療的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明至少一實施例提供涉及一種薄膜晶體管傳感器及其制備方法，該薄膜晶體管傳感器利用柔性薄膜晶體管的第一柵極與第二柵極的空間點觸變化，實現(xiàn)薄膜晶體管開關(guān)的功能，從而實現(xiàn)傳感器的作用。
[0005]本發(fā)明至少一實施例提供一種薄膜晶體管傳感器，包括彼此相對設(shè)置的第一基板和第二基板，所述第一基板包括第一柔性襯底基板和設(shè)置在所述第一柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上的第一柵極，所述第二基板包括第二柔性襯底基板以及設(shè)置在所述第二柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上的第二柵極;所述第二柵極與所述第一柵極至少部分正對且在所述薄膜晶體管傳感器處于非工作狀態(tài)時彼此絕緣;在所述第一柔性襯底基板上還設(shè)置有與所述第一柵極正對的有源層以及與所述有源層電連接的源極和漏極。
[0006]本發(fā)明至少一實施例還提供一種薄膜晶體管傳感器的制備方法，該方法包括如下步驟:在第一柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上形成第一柵極以制備第一基板；
[0007]在第二柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上形成第二柵極以制備第二基板;在所述第一柔性襯底基板上還形成有與所述第一柵極正對的有源層以及與所述有源層電連接的源極和漏極;將所述第一基板和所述第二基板相對設(shè)置，使得所述第二柵極與所述第一柵極至少部分正對且在所述薄膜晶體管傳感器處于非工作狀態(tài)時彼此絕緣。
【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發(fā)明的一些實施例，而非對本發(fā)明的限制。
[0009]圖1為通常的壓電薄膜傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明一實施例提供的一種薄膜晶體管傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖(剖示圖)；
[0011]圖3a為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器的工作示意圖(受壓前)；
[0012]圖3b為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器的工作示意圖(受壓后)；
[0013]圖4為本發(fā)明一實施例提供的一種薄膜晶體管傳感器受壓前后源漏極間電流-電壓關(guān)系示意圖(電路原理工作示意圖)；
[0014]圖5a為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器中一種隔離件的俯視示意圖；
[0015]圖5b為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器中另一種隔離件的俯視示意圖；
[0016]圖6a為本發(fā)明一實施例提供的另一種薄膜晶體管傳感器的剖示圖；
[0017]圖6b為本發(fā)明一實施例提供的另一種薄膜晶體管傳感器的剖示圖；
[0018]圖7為本發(fā)明另一實施例提供的一種薄膜晶體管傳感器的剖示圖；
[0019]圖8a為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器陣列中柔性柵極絕緣層和隔離件的剖視圖；
[0020]圖8b為本發(fā)明一實施例提供的薄膜晶體管傳感器陣列中一體成形的柔性柵極絕緣層和隔離件剖視圖。
[0021 ]附圖標記:O 1-硅襯底;02-下電極;03-壓電薄膜;04-上電極；I O-第一基板；12-薄膜晶體管傳感器；20-第二基板；30-隔離件；40-壓力導電材料；101-第一柔性襯底基板；102-第一柵極；103-有源層(半導體層)；104-源極；105-漏極；106-柔性柵極絕緣層；107-第一增厚層;202-第二柵極;301-子隔離件；107-第一增厚層;203-第二增厚層。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的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。
[0023]除非另外定義，本公開使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應(yīng)當為本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個”、“一”或者“該”等類似詞語也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)該詞前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在該詞后面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。“上”、“下”、“左”、“右”等僅用于表示相對位置關(guān)系，當被描述對象的絕對位置改變后，則該相對位置關(guān)系也可能相應(yīng)地改變。
[0024]—種壓電薄膜傳感器的基本結(jié)構(gòu)是壓電薄膜夾在作為上下電極的導電膜間構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在硅襯底01上依次設(shè)置有下電極02、壓電薄膜03、上電極04，下電極
02和上電極04的材質(zhì)例如可包括Au、Ag、Pt、Ti中的至少一種，壓電薄膜03例如可包括鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鋇(BZT)中的至少一種。通常的方法中，所有的傳感器元件相關(guān)的薄膜制作將在硅襯底01上完成。硅芯片在制作壓電薄膜層時，將采用高溫600°C?700°C的退火工藝，其余相關(guān)集成電路也將是采用通常的半導體工藝。通常的壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)，工藝和性能，由于沒有具備柔性及彈性，也很難達到人體所需生物兼容性，很難與人體相關(guān)的醫(yī)療體外及可穿戴設(shè)備人性化的相匹配，更難達到體內(nèi)植入醫(yī)療的可能性。
[0025]有源薄膜晶體管(Active Thin Film Transistor)被認為是實現(xiàn)柔性壓力傳感器信號傳輸和控制的理想選擇，柔性壓力傳感器一方面有助于降低器件的功耗，另一方面在傳感器陣列中可以有效降低傳感信號之間的串擾。柔性壓力傳感器可潛在應(yīng)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(yīng)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(yīng)用價值。
[0026]如何選擇合適的柔性有源薄膜晶體管，實現(xiàn)柔性壓力傳感單元與有源薄膜晶體管的有效集成，以及如何實現(xiàn)柔性壓力傳感器的有源輸出和控制，成為柔性壓力傳感器研究中的一個重要方向。
[0027]本發(fā)明實施例啟用新的壓電感應(yīng)原理及設(shè)計，使得壓力傳感器達到優(yōu)良的感應(yīng)效果O
[0028]本發(fā)明至少一實施例提供一種薄膜晶體管傳感器，包括彼此相對設(shè)置的第一基板和第二基板，第一基板包括第一柔性襯底基板和設(shè)置在第一柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上的第一柵極，第二基板包括第二柔性襯底基板以及設(shè)置在第二柔性襯底基板內(nèi)側(cè)上的第二柵極;第二柵極與第一柵極至少部分正對且在薄膜晶體管傳感器處于非工作狀態(tài)時彼此絕緣;在第一柔性襯底基板上還設(shè)置有與第一柵極正對的有源層以及與有源層電連接的源極和漏極。
[0029]該薄膜晶體管傳感器利用柔性薄膜晶體管的第一柵極與第二柵極的空間點觸變化，實現(xiàn)薄膜晶體管開關(guān)的功能，從而實現(xiàn)傳感器的作用。該薄膜晶體管傳感器根據(jù)外部壓力的給予來控制，從而實現(xiàn)外部微弱壓力信號變化也能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W信號的敏感變化。
[0030]本發(fā)明至少一實施例提供一種薄膜晶