CN107001027A - 可变形装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置和方法,其中,该方法包括:可变形基板;弯曲的支撑结构,其被配置为支撑电阻传感器的至少一部分,其中,电阻传感器包括第一电极、第二电极和设置在电极之间的电阻传感器材料;至少一个支撑件,其被配置为将弯曲的支撑结构与可变形基板间隔开,以使得当可变形基板变形时,弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;其中,电阻传感器位于弯曲的支撑结构上,以便当可变形基板变形时限制电阻传感器的变形。
Description
技术领域
本公开的示例涉及可变形装置和方法。具体地,它们涉及其中该装置被配置用于感测的可变形装置和方法。
背景技术
被配置为响应一个或多个物理参数的变化的具有电阻特性的材料是已知的。这种材料可以结合到传感器中以使能够检测物理参数或物理参数的变化。可以使用这种材料来检测的物理参数包括温度、湿度、应变、化学和生物参数或任何其它合适的参数。
能够将这些传感器结合到诸如可拉伸和/或可弯曲的电子设备的可变形装置中是有用的。当这种传感器结合到可变形装置中时,需要确保传感器在该装置的拉伸或其它变形期间能够可靠地执行。将传感器结合到装置中而不影响可变形装置被重复拉伸或以其它方式变形的能力也是有用的。
发明内容
根据本公开的各种但并非全部的示例,可以提供一种装置,其包括:可变形基板;弯曲的支撑结构,其被配置为支撑电阻传感器的至少一部分,其中电阻传感器包括设置在第一电极、第二电极和电极之间的电阻传感器材料;至少一个支撑件,其被配置为将弯曲的支撑结构与可变形基板间隔开,以使得当可变形基板变形时,弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;其中电阻传感器位于弯曲的支撑结构上,以便当可变形基板变形时限制电阻传感器的变形。
在一些示例中,电极可以沿着弯曲的支撑结构的长度延伸。
在一些示例中,多个电阻传感器可以设置在弯曲的支撑结构上。
在一些示例中,可以设置多个弯曲的支撑结构。
在一些示例中,可以设置多个第一弯曲的支撑结构在第一方向上延伸,并设置多个第二弯曲结构覆盖多个第一弯曲的支撑结构并在第二方向上延伸,其中第二方向垂直于第一方向。第二电极可以设置在第二弯曲结构上。第一弯曲的支撑结构可以包括设置在第一电极和第二电极之间的聚合物层。可以提供通孔穿过聚合物层以连接第一电极和第二电极。
在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括第一电极,以使得电阻传感器材料和第二电极由第一电极支撑。
在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括聚合物层,并且第一和第二电极以及电阻传感器材料由聚合物层支撑。
在一些示例中,电阻传感器可以包括晶体管。晶体管还可以包括栅极。在一些示例中,晶体管可以配置成顶栅设置。在一些示例中,晶体管可以配置成底栅设置。在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括栅极。在一些示例中,栅极可以覆盖第一弯曲的支撑结构而设置。在一些示例中,栅极可以设置在第一弯曲的支撑结构下方。第一弯曲的支撑结构可以包括晶体管内的电介质。
在一些示例中,可变形基板可以形成其中设置有弯曲的支撑结构和电阻传感器的腔体。
在一些示例中,弯曲的支撑结构的曲率半径可以平行于可变形基板的平面。
在一些示例中,弯曲的支撑结构可以具有蛇形形状。蛇形形状可以包括多个环,以使得在延伸到左手侧的环之后跟着延伸到右手侧的环。
在一些示例中,可变形基板可以被配置为响应于由用户施加的力而变形。
根据本公开的各种但并非全部的示例,可以提供包括如上所述的装置的电子设备。
根据本公开的各种但并非全部的示例,可以提供一种方法,其包括:提供可变形基板;提供弯曲的支撑结构,该弯曲的支撑结构被配置为支撑电阻传感器的至少一部分,其中电阻传感器包括第一电极、第二电极和设置在电极之间的电阻传感器材料;提供至少一个支撑件,该至少一个支撑件被配置为将弯曲的支撑结构与可变形基板间隔开,以使得当可变形基板变形时,弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;其中电阻传感器位于弯曲的支撑结构上,以便当可变形基板变形时限制电阻传感器的变形。
在一些示例中,电极可以沿着弯曲的支撑结构的长度延伸。
在一些示例中,多个电阻传感器可以设置在弯曲的支撑结构上。
在一些示例中,可以设置多个弯曲的支撑结构。
在一些示例中,可以设置多个第一弯曲的支撑结构在第一方向上延伸,并设置多个第二弯曲结构可以覆盖多个第一弯曲的支撑结构并在第二方向上延伸,其中第二方向垂直于第一方向。第二电极可以设置在第二弯曲结构上。第一弯曲的支撑结构可以包括设置在第一电极和第二电极之间的聚合物层。可以提供通孔穿过聚合物层以连接第一电极和第二电极。
在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括第一电极,以使得电阻传感器材料和第二电极由第一电极支撑。
在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括聚合物层,并且第一和第二电极以及电阻传感器材料由聚合物层支撑。
在一些示例中,电阻传感器可以包括晶体管。晶体管还可以包括栅极。在一些示例中,晶体管可以被配置为顶栅设置。在一些示例中,晶体管可以被配置为底栅设置。在一些示例中,第一弯曲的支撑结构可以包括栅极。在一些示例中,栅极可以覆盖第一弯曲的支撑结构而设置。在一些示例中,栅极可以设置在第一弯曲的支撑结构下方。第一弯曲的支撑结构可以包括晶体管内的电介质。
在一些示例中,可变形基板可以形成其中设置有弯曲的支撑结构和电阻传感器的腔体。
在一些示例中,弯曲的支撑结构的曲率半径可以平行于可变形基板的平面。
在一些示例中,弯曲的支撑结构可以具有蛇形形状。蛇形形状可以包括多个环,以使得在延伸到左手侧的环之后跟着延伸到右手侧的环。
在一些示例中,可变形基板可以被配置为响应于由用户施加的力而变形。
根据本公开的各种但并非全部的示例,可以提供一种装置,其包括:可变形基板;弯曲的支撑结构,其被配置为支撑包括感测材料的晶体管的至少一部分;至少一个支撑件,其被配置为将弯曲的支撑结构与可变形基板间隔开,以使得当可变形基板变形时,弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;其中晶体管位于弯曲的支撑结构上,以便当可变形基板变形时限制晶体管的变形。
附图说明
为了更好地理解对于理解详细描述有用的各种示例,现仅以示例的方式参考附图,在附图中:
图1示出了示例装置;
图2A和图2B示出了示例装置中的应变;
图3A和图3B示意性地示出了传感器;
图4A和图4B示出了一种装置;
图5A至图5C示出了一种装置;
图6示出了装置的横截面;
图7A和图7B示出了一种装置;
图8A和图8B示出了一种装置;
图9A和图9B示出了一种装置;
图10示出了一种方法;
图11A至图11R示出了一种方法;
图12A至图12G示出了一种方法;
图13示出了一种方法;
图14A至图14D示意性地示出了晶体管;
图15A至图15D示出了一种装置;
图16A至图16F示出了一种装置;
图17A至图17C示出了一种装置;
图18A和图18B示出了一种装置;
图19示出了一种装置;
图20A至图20C示出了一种装置;
图21A至图21T示出了一种装置。
具体实施方式
附图示出了装置1,其包括:可变形基板3;被配置为支撑电阻传感器30的至少一部分的弯曲的支撑结构7,其中,电阻传感器30包括第一电极31、第二电极33和设置在电极31、33之间的电阻传感器材料35;至少一个支撑件5,其被配置为将弯曲的支撑结构7与可变形基板3间隔开,以使得当可变形基板3变形时,弯曲的支撑结构7不以相同的方式变形;其中,电阻传感器30位于弯曲的支撑结构7上,以便在可变形基板3变形时限制电阻传感器30的变形。
装置1可以用于感测。装置1可以设置在可拉伸和/或可变形的电子设备内。电阻传感器30可以被配置为检测一个或多个物理参数。由于电阻传感器30由弯曲的支撑结构7来支撑,所以它们可以与可变形基板3的变形解耦或至少部分地解耦。这可以使电阻传感器30即使在装置1变形时能够提供可靠的测量。这可以使装置1适用于可变形电子设备,诸如可穿戴传感器或任何其它合适的设备。
图1示意性地示出了根据本公开的示例的装置1。图1所示的装置1包括可变形基板3、至少一个支撑件5以及弯曲的支撑结构7。仅在图1中示出了与以下描述相关的特征。应当理解,在其它示例中,可以包括其它特征。例如,装置1可以被配置为结合在电子设备内,诸如传感器设备、医疗或生物感测设备、可穿戴电子设备、移动蜂窝电话或任何其它合适的电子设备。
在图1所示的示例中,可变形基板3包括平面9。在图1的示例中,平面9是平坦的或基本上平坦的。在其它示例中,可变形基板3可具有不同的形状。例如,它可以是弯曲的和/或可变形基板3的表面9不需要是平坦的。
可变形基板3的平衡形状可以是图1所示的平坦结构。平衡形状是当装置1的用户没有施加外力时可变形基板3将采用的位置和形状。在其它示例中,可变形基板3可以具有不同的平衡形状,例如平衡形状可以包括可变形基板3的弯折或弯曲的至少部分。在一些示例中,可变形基板3可以包括平坦部分和弯曲部分两者。
可变形基板3可以包括至少一个用户可变形部分,该用户可变形部分可以被配置为响应于由装置1的用户所施加的物理力而改变形状。形状的改变可以包括可变形基板3的部分的弯曲、折叠、扭曲、拉伸、压缩、剪切或任何其它合适的变形。在一些示例中,可变形基板3可以被配置为当由用户所施加的力被除去时自动返回到平衡形状。
在图1的示例中,可变形基板3可以被配置为在由箭头10、12表示的方向上拉伸。箭头10表示拉伸的主方向。在该示例中,拉伸的主方向平行于或基本上平行于至少一个支撑件5。箭头12表示拉伸的次要方向。在该示例中,次要拉伸垂直于或基本上垂直于至少一个支撑件5。
在一些示例中,可变形基板3可以包括可被用户弯曲或扭曲的柔性基板。可变形基板3可以包括聚合物材料、弹性体材料或可以任何其它响应于装置1的用户所施加的力而变形的材料。
在其它示例中,可变形基板3可以包括多个铰接或接合的段。铰接或接合的段可以被配置为相对彼此移动,以使可变形基板3的部分能够被折叠或弯曲或拉伸。可变形基板3可以响应于装置1的用户所施加的力而折叠或弯曲或拉伸。
在一些示例中,一个或多个电子部件可以安装在可变形基板3上。
图1所示的装置1还包括至少一个支撑件5。至少一个支撑件5可以包括任何可被配置为在与可变形基板3间隔开的位置上支撑一个或多个弯曲支撑结构7的构件。在图1的示例中,至少一个支撑件5包括在垂直于可变形基板3的平面9的方向上延伸的梁6。
在图1的示例中,至少一个支撑件5包括沿着可变形基板3的平面9的部分延伸的梁6。应当理解,其它类型的支撑件可以使用在其它示例的装置1中。例如,至少一个支撑件5可以包括在可变形基板3的表面9上彼此分离地设置的多个单独的支撑件。多个单独的支撑件可以是任何合适的尺寸或形状,例如,单独的支撑件可以是正方形或矩形或圆柱形或任何其它合适的形状。在一些示例中,不同的单独的支撑件可以具有不同的尺寸和/或形状。
在一些示例中,至少一个支撑件5可以被配置为响应于用户所施加的力而变形。例如,至少一个支撑件5可以被配置为响应于由用户施加的力而弯曲或拉伸或被压缩或产生任何其它合适的变形。在其它示例中,至少一个支撑件5可以被配置以使得响应于用户所施加的力而不变形。例如,至少一个支撑件5可以包括刚性材料,以使得当用户施加力时,至少一个支撑件5不被压缩。
至少一个支撑件5可以连接到可变形基板3,以使得如果可变形基板3变形,则也使至少一个支撑件5从它的平衡位置移动。例如,在图1所示的装置1中,支撑件5包括安装在可变形基板3上的梁6,以使得它沿着可变形基板3的平面9的部分延伸。如果安装有梁6的可变形基板3的部分变形,则梁6也变形。可变形基板3可以通过例如拉伸、扭曲或弯曲而变形,因此,梁6也可以被拉伸、扭曲或弯曲。在这种示例中,梁6可以包括柔性材料,诸如聚合物材料、弹性体材料或任何其它可以响应于装置1的用户所施加的力而变形但是刚性足以支撑弯曲的支撑结构7的材料。
如上所述,在一些示例中,至少一个支撑件5可以包括多个单独的支撑件,其在可变形基板3的表面9上彼此分离地设置而不是连续的梁。在这种示例中,使可变形基板3的一部分变形将导致各个支撑件5的位置或相对方向的改变,而不需要导致单独的支撑件的变形。在这种示例中,支撑件5可以由任何合适的可被配置为支撑弯曲的支撑结构7的材料制成。图1所示的装置1还包括弯曲的支撑结构7。弯曲的支撑结构7可以被配置为支撑电阻传感器30的至少一部分,其中,电阻传感器30包括第一电极31、第二电极33和设置在电极31、33之间的电阻传感器材料35。可以由弯曲的支撑结构7支撑的电阻传感器30的示例在下面参考图3A至9B来描述。
弯曲的支撑结构7可以包括任何合适的材料。在一些示例中,弯曲的支撑结构7可以包括非导电材料。例如,弯曲的支撑结构7可以包括聚合物或其它合适的材料。在这种示例中,电阻传感器30的电阻传感器材料35和电极31、33可以安装在弯曲的支撑结构7上。
在一些示例中,弯曲的支撑结构7可以包括导电材料。例如,弯曲的支撑结构7可以包括铜或其它合适的材料。在这种示例中,弯曲的支撑结构可以提供第一电极31。电阻传感器材料35和第二电极33可以由第一电极31支撑。
弯曲的支撑结构7可以通过至少一个支撑件5连接到可变形基板3。至少一个支撑件5被配置成将弯曲的支撑结构7与基板分离,以使得弯曲的支撑结构7至少部分地与可变形基板3隔离。至少一个支撑件5位于弯曲的支撑结构7和可变形基板3之间。至少一个支撑件5可以将弯曲的支撑结构7维持在与可变形基板3间隔开的位置上,以使得弯曲的支撑结构7和可变形基板3彼此分离。弯曲的支撑结构7和可变形基板3之间的分离距离可取决于至少一个支撑件5的高度。在图1的示例中,弯曲的支撑结构7和可变形基板3之间的分离距离与梁6的高度相同。
在一些示例中,弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5可以被配置以使得弯曲的支撑结构7不直接接触可变形基板3。在一些示例中,弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5可以被配置以使得当装置1处于平衡未变形状态时,弯曲的支撑结构7不直接接触可变形基板3。在一些示例中,弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5可以被配置以使得当装置1处于变形状态时,弯曲的支撑结构7不直接接触可变形基板3。
在图1的示例中,弯曲的支撑结构7包括细长构件11,该细长构件11沿着细长构件11的长度在多个不同点处连接到至少一个支撑件5。
细长构件11是弯曲的。细长构件11可以包括多个弯曲。细长构件11的总长度大于细长构件11在其之上延伸的可变形基板3的长度。细长构件11的弯曲部分16具有大于180度的曲率角度,以使得细长构件11自行对折以形成环13。环13包括开口14,因此,环13不闭合。在图1的示例中,细长构件11包括多个环13。多个环13形成蛇形形状,其中在延伸到梁6的左手侧的环13之后跟着延伸到梁6的右手侧的环13。细长构件11被配置以使得弯曲的支撑结构7在梁6的任一侧上分布。
弯曲的支撑结构7可以沿着细长构件11的长度在多个不同点处连接到至少一个支撑件5。在图1的示例中,弯曲的支撑结构7在每个环13中的两个点处连接到梁6。
应当理解,在图1中所示的弯曲的支撑结构7的形状是示例,其它形状可以用在其它示例中。
在图1的示例中,仅示出了一个弯曲的支撑结构7。在一些示例中,装置1可以包括多个弯曲的支撑结构7。弯曲的支撑结构7可以沿着可变形基板3在相同的方向上延伸。
在一些示例中,可以提供覆盖弯曲的支撑结构7的附加的弯曲结构。附加的弯曲结构可以在垂直于或基本上垂直于弯曲的支撑结构7的方向上延伸。包括弯曲的支撑结构7和附加的弯曲结构的装置1的示例在下面参考图7A至9B来描述。
图2A和2B示出了在两个示例弯曲的支撑结构7的表面上的第一主应变。图2A示出了对于聚合物弯曲的支撑结构7的第一主应变,图2B示出了对于金属弯曲的支撑结构7的第一主应变。在图2B中铜用作金属。
为了获得图2A和2B所示的结果,将20%的应变施加到装置1。在弯曲的支撑结构7中观察到的最大应变是在弯曲的支撑结构7的边缘处观察到。观察到的最大应变仅为+/-0.5%,其比施加到装置1的应变小两个数量级。从图2A和2B可看出,即使当大的应变施加到装置1时,在弯曲的支撑结构7中存在很小的应变。靠近导电支撑结构7的中心,应变为零或非常接近零。
在本公开的示例中,弯曲的支撑结构7被配置为支撑电阻传感器30的至少一部分,以使得电阻传感器30在装置1变形时经受减小的应变。在一些示例中,电阻传感器30可以包括晶体管161。
图3A和3B示意性地示出了可以在本公开的示例中使用的电阻传感器30。电阻传感器30包括第一电极31和第二电极33以及电阻传感器材料35。电阻传感器材料35在电极31、33之间形成电连接。电阻传感器材料35可以在两个电极31、33之间提供直接的电流路径。
电极31和33可以包括任何导电材料。例如,电极31、33可以包括铜、银、金、石墨烯、氧化铟锡(ITO)或任何其它合适的材料。
电阻传感器材料35可以包括具有可变电阻的材料。电阻传感器材料35可以具有根据由电阻传感器材料35感测到的参数的存在而变化的电阻。感测的参数可以包括诸如可能存在于电阻传感器30周围的环境中的化学品的环境参数,或任何其它可被检测到的诸如温度或光的物理参数。
电阻传感器材料35可以具有电阻传导机制(resistive transductionmechanism),以使得电阻传感器材料35的电阻率响应于将要感测的参数而变化。用作电阻传感器材料35的材料可以由将要感测的参数来确定。
在一些示例中,电阻传感器材料35可用于使电阻传感器30能够检测湿度。在这种示例中,电阻传感器材料35可以包括诸如石墨烯氧化物的材料。
在一些示例中,电阻传感器材料35可被配置为检测温度的变化。在这种示例中可以使用的电阻传感器材料35的示例包括碳化硅或任何其它合适的材料。
在一些示例中,电阻传感器材料35可以包括光阻(photoresitive)材料,其可以使电阻传感器30能够用于检测环境光。
图3A示意性地示出了可以在本公开的示例中使用的示例设置的电阻传感器30,其中,电阻传感器材料35具有高的薄层电阻。在这种示例中,电极31、33之间的距离d可以很小,电极31、33的长度l可以很大。这为电阻传感器30提供了低的间隔相对长度d/l比率。图3A的示例电阻传感器30的设置可以采用诸如石墨烯氧化物的电阻传感器材料35,当石墨烯氧化物为50nm厚时其在50nm处具有大约5GΩ/sq的薄层电阻。
图3B示意性地示出了可以在本公开的示例中使用的示例设置的电阻传感器30,其中,电阻传感器材料35具有低的薄层电阻。在这种示例中,电极31、33之间的距离d可以很大,并且电极31、33的长度l可以很小。这为传感器30提供了高的间隔相对长度d/l比率。图3A的示例电阻传感器30的设置可以采用诸如可以具有5Ω/sq的薄层电阻的热敏电阻浆料的电阻传感器材料35。
图4A至9B示出了其中电阻传感器30由弯曲的支撑结构7来支撑的示例装置1。
图4A和4B示出了根据本公开的示例的示例装置1。图4A示出了装置1的平面图,图4B示出了穿过装置1的部分的横截面。示例装置1包括可以如上面关于图1所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。弯曲的支撑结构7支撑电阻传感器30。
在图4A和4B的示例中,弯曲的支撑结构7包括非导电材料。在图4A和4B的示例中,弯曲的支撑结构7包括聚合物材料。在其它示例中,可以使用其它材料。
在图4A和4B的示例中,弯曲的支撑结构7支撑电阻传感器30的第一电极31、第二电极33和电阻传感器材料35。第一电极31设置在弯曲的支撑结构7的第一边缘41上,并且第二电极33设置在弯曲的支撑结构7的第二边缘43上。
电阻传感器材料35设置在两个电极31、33之间。电阻传感器材料35在两个电极31、33之间提供电连接。在图4A和4B的示例中,电阻传感器材料35设置在弯曲的支撑结构7的中心部分中。这可以是弯曲的支撑结构7经受最小应变的区域。当装置1变形时,这可以最小化电阻传感器材料35内的应变。
在图4A和4B的示例中,电极31、33沿着弯曲的支撑结构7的长度延伸。电极31、33被设置为具有低的间隔相对长度d/l比率。图4A和4B的示例电阻传感器30的设置可以采用具有高的薄层电阻的电阻传感器材料35。
图5A至5C示出了根据本公开的另一个示例的示例装置1。图5A示出了装置1的平面图。图5B示出了穿过装置1的部分的横截面,其中弯曲的支撑结构7包括导电材料。图5C示出了在替代示例中穿过装置1的部分的横截面,其中弯曲的支撑结构7包括非导电材料。示例装置1包括可以如上面关于图1所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。弯曲的支撑结构7支撑电阻传感器30的至少一部分。
在图5B的示例中,弯曲的支撑结构7包括导电材料。在该示例中,弯曲的支撑结构7提供第一电极31。弯曲的支撑结构7可以包括任何合适的材料,诸如铜或其它导电材料。
在图5B的示例中,第一电极31支撑电阻传感器材料35和第二电极33。电阻传感器材料35和第二电极33可以直接沉积在第一电极31上。电阻传感器材料35可以设置为覆盖第一电极31的层。第二电极33可以设置在覆盖电阻传感器材料35的层中。电阻传感器材料35可以设置在第一电极31和第二电极33之间,以在两个电极31、33之间提供电连接。
在图5B的示例中,用作第一电极31的材料和材料的厚度选择为,使得电阻传感器材料35和第二电极33的重量能够由第一电极31来支撑。
图5C的横截面示出了用于电阻传感器30的替代设置。在图5C的示例中,弯曲的支撑结构7包括诸如聚合物材料的非导电材料。在其它示例中,可以使用其它材料。在图5C的示例中,弯曲的支撑结构7支撑第一电极31、第二电极33和电阻传感器材料35。第一电极31设置为弯曲的支撑结构7上的第一层。电阻传感器材料35设置为覆盖第一电极31的层。第二电极33设置在覆盖电阻传感器材料35的层中。电阻传感器材料35在两个电极31、33之间提供电连接。
在图5A至5C的示例中,电阻传感器材料35横穿弯曲的支撑结构7的宽度来沉积。电阻传感器材料35可以覆盖弯曲的支撑结构7的中心部分和弯曲的支撑结构7的边缘。当装置1变形时存在于弯曲的支撑结构7中的应变可以足够低,以使得它不影响电阻传感器材料35。
在图5A至5C的示例中,第二电极33设置为覆盖电阻传感器材料35的三个条带51。条带51不完全覆盖电阻传感器材料35。这使得电阻传感器30能够渗透将由电阻传感器材料35感测的参数。应当理解,在其它示例中,其它设置可用于提供第二电极33中的间隙。
在一些示例中,第二电极33可以是连续的,没有间隙。在这种示例中,第二电极33可被设置为渗透将由电阻传感器材料35感测的参数。例如,诸如氧化铟锡(ITO)的光学透明材料可以被设置,覆盖被配置为检测入射光的电阻传感器材料35。
在图5A至5C的示例中,电极31、33沿着弯曲的支撑结构7的长度延伸,以使得电极31、33具有低的间隔相对长度d/l比率。图5A至5C的示例电阻传感器30的设置可以采用具有高的薄层电阻的电阻传感器材料35。
图4A至5C的示例电阻传感器30可以采用诸如可被配置为检测湿度的石墨烯氧化物的电阻传感器材料35。这种电阻传感器30可用于提供可拉伸的湿度传感器设备。该设备可以作为用户的身体上的贴片来穿戴,并且可用于测量级别或出汗或其它生物参数。
图6示出了示例装置1的横截面。装置1包括可以如关于图1所述的可变形基板3、至少一个支撑件5以及弯曲的支撑结构7。横截面可以取垂直于图1中的应变的主方向。弯曲的支撑结构7可以支撑一个电阻传感器30或多个电阻传感器30。
可变形基板3包括下部61和上部63。可变形基板3形成腔体69,在腔体69中设置了弯曲的支撑结构7以及一个电阻传感器30或多个电阻传感器30。
在图6的示例中,附加的支撑柱65设置在可变形基板3的上部63和可变形基板3的下部61之间。附加的支撑柱65可以由与可变形基板3相同的材料形成。附加的支撑柱65可以被配置为当装置1变形时防止可变形基板3的上部63与弯曲的支撑部分7接触。
可变形基板3的上部63包括一个或多个通气孔67。通气孔67可以被配置为使得将要检测的环境参数能够穿过可变形基板3的上部63并达到电阻传感器30。在一些示例中,通气孔67可以在可变形基板3的上部63中包括间隙或不连续。在其它示例中,通气孔67可以包括可渗透将要检测的环境参数的可变形基板3的上部63的部分。
图7A和7B示出了包括电阻传感器30的阵列71的装置1的示例。电阻传感器30的阵列71可以包括多个电阻传感器30。在一些示例中,阵列71内的不同的电阻传感器30可以被配置为感测不同的参数。在这种示例中,不同的电阻传感器材料35可以用在不同的电阻传感器30中。
图7A示出了装置1的部分的平面图。图7B提供了电阻传感器30的三乘三阵列71的等效电路图。应当理解,电阻传感器30的阵列71可以包括任何合适设置中的任何合适数量的电阻传感器30。
图7A和7B的装置1包括可以如关于图3所述的可变形基板3、至少一个支撑件5以及弯曲的支撑结构7。在图7A中仅示出了一个弯曲的支撑结构7,然而,应当理解,装置1可以包括多个弯曲的支撑结构7。多个弯曲的支撑结构7可以在相同的方向上延伸。
在图7A和7B的示例中,装置1还包括多个附加的弯曲结构75。附加的弯曲结构75可以包括细长构件11。细长构件11可以形成蛇形形状。蛇形形状可以与弯曲的支撑结构7的蛇形形状相同或相似。
附加的弯曲结构75在垂直于弯曲的支撑结构7的方向上延伸。附加的弯曲结构75沿着弯曲的支撑结构7的长度间隔地设置,以使得存在多个其中附加的弯曲结构75在弯曲的支撑结构7上方交叉的相交点。
附加的弯曲结构75覆盖弯曲的支撑结构7而设置。附加的弯曲结构75可以包括到第二电极33的电连接。附加的弯曲结构75为电阻传感器30的阵列71提供交叉连接器。
图7A和7B的示例装置1使用如在图4A和4B中所示并且如上所述的电阻传感器30的设置。电极31、33设置在弯曲的支撑结构7的边缘41、43上,并且电阻传感器材料35设置在电极31、33之间。电阻传感器30设置在沿着弯曲的支撑结构7的长度的部分中。
可以选择电阻传感器30的部分的长度来控制电阻传感器30的灵敏度。可以调节不连续电极33的长度和/或电阻传感器材料35的厚度以调整电阻传感器30的电阻。
电介质绝缘材料73设置在第一电极31和附加的支撑结构75之间。电介质绝缘材料73可以被配置为防止第一电极31和交叉连接器之间的直接连接。
图8A和8B示出了包括电阻传感器30的阵列71的装置1的另一个示例。如图7A和7B所示,电阻传感器30的阵列71可以包括多个电阻传感器30。阵列71内的不同的电阻传感器30可以被配置为感测不同的参数。在这种示例中,不同的电阻传感器材料35可以用在不同的电阻传感器30中。
图8A示出了该装置的部分的平面图。图8B提供了电阻传感器30的三乘三阵列71的等效电路图。应当理解,电阻传感器30的阵列71可以包括任何合适设置中的任何合适数量的电阻传感器30。
图8A和8B的装置1包括可以如关于图1所述的可变形基板3、至少一个支撑件5以及弯曲的支撑结构7。在图8A中仅示出了一个弯曲的支撑结构7,然而,应当理解,装置1可以包括多个弯曲的支撑结构7。多个弯曲的支撑结构7可以在相同的方向上延伸。
在图8A和8B的示例中,装置1还包括多个附加的弯曲结构75。附加的弯曲结构可以包括细长构件11。细长构件11可以形成蛇形形状。蛇形形状可以与弯曲的支撑结构7的蛇形形状相同或相似。
附加的弯曲结构75在垂直于弯曲的支撑结构7的方向上延伸。附加的弯曲结构75沿着弯曲的支撑结构7的长度间隔地设置,以使得存在多个其中附加的弯曲结构75在弯曲的支撑结构7上方交叉的相交点。
附加的弯曲结构75覆盖弯曲的支撑结构7而设置。附加的弯曲结构75可以包括到第二电极33的电连接。附加的弯曲结构75为电阻传感器30的阵列71提供交叉连接器。
图8A和8B的示例装置1使用如图5A至5C所示并且如上所述的电阻传感器30的设置。第一电极31设置在电阻传感器材料35的下方,因此在图8A的平面图中未示出。电阻传感器30设置在沿着弯曲的支撑结构7的长度的部分中。
电阻传感器30的部分的长度和不连续电极33的宽度和/或电阻传感器材料35的厚度可以被调节以调整电阻传感器30的电阻。
可以使用任何合适的方法读取由传感器获得的信息。在图7A至8D的示例中,阵列71内的电阻传感器30中的每一个可以通过多路复用读取电子装置独立地读取。
图9A和9B示出了根据本公开的另一个示例的示例装置1。图9A和9B的示例装置1可适用于具有采用低的薄层电阻的电阻传感器材料35的用户。图9A示出了装置1的平面图,图9B示出了穿过装置1的部分的横截面。示例装置1包括可以如上关于图1所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。在图9A中仅示出了一个弯曲的支撑结构7,然而,应当理解,装置1可以包括多个弯曲的支撑结构7。
图9A和9B的示例装置1还包括多个附加的弯曲结构75。图9A示出了两个附加的弯曲结构75,然而,应当理解,在装置1内可以设置任何数量。
在图9A和9B的示例中,附加的弯曲结构75包括以蛇形形状的细长构件11。附加的弯曲结构75的蛇形形状可以与弯曲的支撑结构7的蛇形形状相同或相似。
附加的弯曲结构75在垂直于弯曲的支撑结构7的方向上延伸。附加的弯曲结构75沿着弯曲的支撑结构7的长度间隔地设置,以使得存在多个其中附加的弯曲结构75在弯曲的支撑结构7上方交叉的相交点。
附加的弯曲结构75覆盖弯曲的支撑结构7而设置。在图9A和9B的示例装置中,附加的弯曲结构75可为一个或多个电阻传感器30提供第二电极33。
在图9A和9B的示例中,弯曲的支撑结构7包括非导电材料。在图9A和9B的示例中,弯曲的支撑结构7包括聚合物材料。在其它示例中,可以使用其它材料。
在图9A和9B的示例中,第一电极31设置为在弯曲的支撑结构7下面的层。第一电极31可以沿着弯曲的支撑结构7的长度延伸。第一电极31可以沿弯曲的支撑结构7的长度连续延伸。
电阻传感器材料35设置为覆盖弯曲的支撑结构7的层。电阻传感器材料35可以沿着弯曲的支撑结构7的长度延伸。在一些示例中,电阻传感器材料35可以覆盖弯曲的支撑结构7的整个宽度而设置。在一些示例中,电阻传感器材料35可以仅设置在当装置1变形时弯曲的支撑结构7经受最小应变量的部分上。例如,电阻传感器材料35可能仅设置在弯曲的支撑结构7的中心部分中。这可以使对应变非常敏感的材料能够用作电阻传感器材料35。
第二电极33由附加的支撑结构75来提供。通孔(via)91穿过弯曲的支撑结构7设置,以使电阻传感器材料35能够电连接第一和第二电极31、33。通孔91可以设置在沿着弯曲的支撑结构7的点处,当装置1变形时该点经受最小的应变量。
在图9A和9B的示例中,第一电极31设置在弯曲的支撑结构7上,而第二交叉连接器电极33设置在附加的支撑结构75上,以及电阻传感器材料35沿着支撑结构7的长度延伸。电阻在通孔91和交叉连接器电极33的位置之间来测量。该设置使得电阻传感器30具有高的间隔相对长度d/l比率。图9A和9B的示例电阻传感器30的设置可以采用具有低的薄层电阻的电阻传感器材料35。例如,图9A和9B的装置可以采用可用于检测温度的变化的材料(诸如碳化硅)。
应当理解,如图9A和9B所示的多个传感器30可以设置在阵列71中。等效电路图可以与图8B相同。在阵列71内的电阻传感器30中的每一个可以通过多路复用读取电子装置独立地读取。
图10至图13示出了可以用于提供根据本公开的示例的装置1的示例方法。装置1可以如上面关于图1至图9B所述。
图10示出了第一示例方法。该方法包括在框101提供可变形基板3。该方法包括在框103提供弯曲的支撑结构7。弯曲的支撑结构7被配置为支撑电阻传感器30的至少一部分,其中,电阻传感器30包括第一电极31、第二电极33和设置在电极31、33之间的电阻传感器材料35。该方法还包括在框105提供至少一个支撑件5,该至少一个支撑件5被配置为将弯曲的支撑结构7与可变形基板3间隔开,以使得当可变形基板3变形时,弯曲的支撑结构7不以相同的方式变形。电阻传感器30位于弯曲的支撑结构7上,以便当可变形基板3变形时限制电阻传感器30的变形。
图11A至11R还示出了提供装置1的示例方法。图11A至11R的示例方法可用于提供装置1,诸如图4A和4B以及7A和7B的装置1。
在图11A中,释放层111沉积在硅晶片113上。在图11B中,光刻胶层115沉积在释放层111上。光刻胶层115被图案化为电极33。在图11C中,诸如金属的导电材料117沉积在光刻胶层115上。导电材料117可以使用诸如蒸发或溅射的任何合适的方法来沉积。在图11D中,去除光刻胶层115,并且将电极33留在释放层111上。
在图11B至图11D的示例中,形成的电极33可以提供如在图7A和7B中所示的第二电极33。该电极33可以包括附加的弯曲结构75的部分,并且沿着弯曲的支撑结构7的部分延伸。
在图11E中,电介质绝缘材料73沉积在电极33上。电介质绝缘材料73可以使用诸如喷墨印刷或丝网印刷的任何合适的方法来沉积。在图11F中,另一个光刻胶层119沉积在释放层111上。光刻胶层119被图案化为另一个电极31。在图11G中,诸如金属的导电材料121沉积在光刻胶层119上。导电材料121可以使用诸如蒸发或溅射的任何合适的方法来沉积。在图11H中,去除光刻胶层119,并且将两个电极31、33留在释放层111上。
在图11F至11H的方法的框中形成的电极31可以形成如在图7A和7B中所示的第一电极31。该电极31可以被设置为沿着弯曲的支撑结构7的部分延伸。
在图11I中,另一个光刻胶层123沉积在释放层111上。光刻胶层123被图案化为电阻传感器材料35。在图11J中,电阻传感器材料35沉积在光刻胶层123上。电阻传感器材料35可以是具有响应于所感测的参数而变化的电阻的任何材料。电阻传感器材料35可以使用任何合适的方法来沉积,诸如蒸发、溅射、丝网印刷或任何其它合适的方法。可用于沉积电阻传感器材料35的方法可取决于所使用的材料。作为示例,石墨烯氧化物可以从溶液中棒涂(bar coated)或喷涂。在图11K中,去除光刻胶层123,并且将电阻传感器材料35留在两个电极31、33之间。
在图11L中,聚合物125沉积在电极31、33上。聚合物125可以是可光致图案化的聚合物。聚合物125可以旋涂到电极31、33上。在其它示例中,可以使用其它用于沉积聚合物125的方法。在图11M中,另一个光刻胶层127沉积在聚合物125上。光刻胶层127被图案化为弯曲的支撑结构7和附加的弯曲结构75。然后,聚合物125暴露于紫外(UV)光129。紫外光129通过增加聚合物125中的交联数来使暴露于UV光的聚合物125硬化。没有暴露于UV光129的聚合物125的部分保留为未交联的聚合物125。在图11N中,去除光刻胶层127和未交联的聚合物。这留下弯曲的支撑结构7和附加的弯曲支撑结构75。
在图11O中,沉积另一个光刻胶层131。另一个光刻胶层131被图案化为至少一个支撑件5。在图11O的示例中,至少一个支撑件5包括梁6。在图11P中,弹性体层133抵靠另一个光刻胶层131浇铸并固化。在图11Q中,去除另一个光刻胶层131和剥离的层111,留下可变形基板3、梁6和弯曲的支撑结构7。在图11R中,结构被反转以留下如上所述并在图7A和7B中所示的装置1。
应当理解,可以修改11A至11R的方法以提供不同的示例装置1。例如,可以修改该方法以向示例装置1提供如图8A和8B所示的堆叠电极31、33。在这种示例中,图11E的框可以被去除,因为不需要电介质绝缘材料73。图11I至11K的框可以用图11F至11H的框来切换,以使得电阻传感器材料35被设置为两个电极31、33之间的层。相应地,可以调节电极31、33和电阻传感器材料35的形状。
还可以修改该方法,以提供可以使用具有低的薄层电阻的电阻传感器材料35的示例装置1。例如,可以修改该方法以提供装置1,诸如图9A和9B的装置。在这种示例中,图11E的框可以被去除,因为不需要电介质绝缘材料73。图11F至11H的框可以用图11I至11N的框来切换,以使得弯曲的支撑结构7被设置在电极31、33之间。用于制造弯曲的支撑结构7的掩模可以被修改以使得能够添加通孔91。
图12A至12G示出了用于制造装置1(诸如图6所示的装置1)的部分的方法。在图12A中,光刻胶层141沉积到硅基板143上。光刻胶层141可以旋涂到硅基板143上。沉积光刻胶层141的其它方法可以在本公开的其它示例中使用。
在图12B中,光刻胶层141被图案化为通气孔67。通气孔67可以以任何合适的图案进行设置。在图12C中,弹性体层145抵靠光刻胶层141浇铸并固化。该弹性体层145可以形成可变形基板3的上部63的部分。
在图12D中,第二光刻胶层147沉积在弹性体层145之上。第二光刻胶层147可以旋涂到弹性体层145上,或者可以使用任何其它合适的方法。在图12E中,光刻胶层147被图案化为附加的支撑柱65。在图12F中,另一个弹性体层149抵靠第二光刻胶层147浇铸并固化。该弹性体层149可以形成如上参考图6所述的附加的支撑柱65。
在图12G中,去除第二光刻胶层147,留下具有通气孔67和附加的支撑柱65的可变形基板3的上部63。
图13示出了可用于将可变形基板3的上部63与可变形基板3的下部61组合的示例方法。可变形基板3的上部63可以如关于12A至12G所述来形成。可变形基板3的下部61可以如关于图11A至11R所述来形成。可变形基板3的下部61可以包括弯曲的支撑结构7和电阻传感器30。
在图13的示例中,在简短的等离子体处理之后,上部63和下部61以卷对卷(roll-to-roll)工艺来接合以促进接合。
在一些示例中,电阻传感器30可以包括一个或多个晶体管161。晶体管161可以被配置为用作传感器。在一些示例中,一个或多个晶体管161可以被配置为用作开关和/或放大器。
在一些示例中,晶体管161可以包括场效应晶体管(FET)。FET可以使用电场来控制活性材料内的沟道的导电性。FET可以以薄膜形式来制造。例如,FET可以是薄膜晶体管(TFT),其中活性材料、电介质和电极的薄膜沉积在支撑基板之上。TFT可以适用于可变形装置1,因为TFT的厚度可以被配置为允许诸如弯曲和拉伸的变形。TFT还可以被配置为具有高的活性材料的表面积相对体积比。这可以使TFT适于用作传感器。
图14A至14D示意性地示出了可用于本公开的一些示例中的晶体管161的示例设置。晶体管161中的每一个包括源极162、漏极163和栅极164。晶体管161还包括位于栅极164与源极162和漏极163之间的电介质材料165。晶体管161还包括位于源极和漏极162、163之间的活性材料166。晶体管161可以设置在基板167上。
图14A至14D示意性地示出了晶体管161的四个不同的示例设置。由于接触电阻和寄生电容的差异,不同的示例设置中的每一个可以提供不同的性能。图14A示出了底栅底部接触型晶体管161的设置。图14B示出了底栅顶部接触型晶体管161的设置。图14C示出了顶栅底部接触型晶体管161的设置。图14D示出了顶栅顶部接触型晶体管161的设置。
活性材料166可以包括半导体或具有活性层的半导体。在一些示例中,活性材料166可以被配置为响应于将要被感测的参数。这可以使得晶体管161能够用作传感器。
用作活性材料166的材料可以取决于将要被感测的参数。在一些示例中,装置1可以包括多个可被配置为感测不同的参数的不同的晶体管161。表1列出了可以用作晶体管161内的活性材料166的示例材料以及它们可用于感测的参数。应当理解,在本公开的其它示例中可以使用其它材料。
在一些示例中,晶体管161还可以包括钝化层。钝化层可以被配置为防止污染物与晶体管的部件接触,并且可以防止晶体管161的劣化。用作钝化层的材料可以取决于被感测的参数和用作活性材料166的材料。
图15A至图20示出了其中晶体管161被配置为由弯曲的支撑结构7支撑的示例装置1。
图15A至15D示出了根据本公开的示例的包括晶体管161的示例装置1。图15A示出了装置1的平面图。图15B示出了穿过晶体管161位于其中的装置1的部分的横截面。图15C示出了晶体管161位于其中的装置1的部分的详细顶视图。图15D示出了晶体管161位于其中的装置1的部分的侧视图。示例装置1包括可以如上所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。弯曲的支撑结构7可以被配置为支撑晶体管161的部件。
在图15A至15D的示例中,弯曲的支撑结构7包括导电材料。导电材料可以包括金属材料,诸如铜或任何其它合适的材料。导电弯曲的支撑结构7可以被配置为向晶体管161提供栅极164。
在图15A至15D的示例中,晶体管161设置成底栅顶部接触型设置。在图15A至15D的示例中,导电弯曲的支撑结构7提供栅极164,并且还支撑源极162和漏极163。源极162设置在导电弯曲的支撑结构7的第一边缘41上,并且漏极163设置在弯曲的支撑结构7的第二边缘43上。在图15A至15D的示例中,电极162、163沿着导电弯曲的支撑结构7的长度延伸。这可以类似于上述电阻传感器30的设置的第一和第二电极31、33。
弯曲的支撑结构7还被配置为支撑活性材料166。在图15A至15D的示例中,活性材料166包括半导体。活性材料166设置在两个电极162、163之间。活性材料166提供两个电极162、163之间的沟道。在图15A至15D的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的中心部分中。这可以是弯曲的支撑结构7经受最小应变的区域。这可以使装置1变形时活性材料166内的应变最小化。在图15A至15D的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的环13中的一个环的顶点中。应当理解,在其它示例中,活性材料166可以设置在沿着弯曲的支撑结构7的其它位置上。
导电弯曲的支撑结构7还被配置为支撑电介质材料165。电介质165可以沉积在弯曲的支撑结构7上,以防止栅极164与源极和漏极162、163以及活性材料166之间的电接触。在图15A至15B的示例中,电介质材料164覆盖导电弯曲的支撑结构7的表面。
应当理解,在本公开的其他示例中,晶体管161可以以其它设置提供。例如,可以改变晶体管161的层的沉积顺序以提供底部接触设置。
图16A至16F示出了根据本公开的其它示例的包括晶体管161的示例装置1。在图16A至16F的示例中,弯曲的支撑结构7包括非导电材料。
图16A示出了装置1的平面图。图16B示出了穿过晶体管161位于其中的装置1的部分的横截面。图16C示出了晶体管161位于其中的装置1的部分的侧视图。示例装置1包括可以如上所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。弯曲的支撑结构7可以被配置为支撑晶体管161的部件。
在图16A至16C的示例中,弯曲的支撑结构7包括非导电材料。非导电材料可以包括聚合物材料,诸如聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷、聚烯丙基醚、聚乙烯、聚苯乙烯或任何其它合适的材料。
在图16A至16C的示例中,晶体管161设置成底栅顶部接触型设置。在图16A至16C的示例中,非导电弯曲支的撑结构7支撑栅极164。栅极164可以沉积在非导电弯曲的支撑结构7之上。栅极164可以直接覆盖非导电弯曲的支撑结构7。
非导电弯曲的支撑结构7还支撑源极162和漏极163。源极162设置在非导电弯曲的支撑结构7的第一边缘41上,并且漏极163设置在非导电弯曲的支撑结构7的第二边缘43上。在图16A至16C的示例中,电极162、163沿着非导电弯曲的支撑结构7的长度延伸。这可以类似于上述电阻传感器30的设置。
弯曲的支撑结构7还被配置为支撑活性材料166。在图16A至16C的示例中,活性材料166包括半导体。活性材料166设置在两个电极162、163之间。活性材料166提供两个电极162、163之间的沟道。在图16A至16C的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的中心部分中。这可以是弯曲支撑结构7经受最小应变的区域。这可以使装置1变形时活性材料166内的应变最小化。在图16A至16C的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的环13中的一个环的顶点中。在其它示例中,活性材料166可以设置在沿着弯曲的支撑结构7的其它位置上。
导电弯曲的支撑结构7还被配置为支撑电介质材料165。电介质165可覆盖栅极164而沉积,以防止栅极164与源极和漏极162、163以及活性材料166之间的电接触。在图16A至16C的示例中,电介质材料164设置在栅极164和活性材料166之间。
图16D至16F示出了其中弯曲的支撑结构7包括非导电材料的另一个装置1。图16D示出了装置1的平面图。图16E示出了穿过晶体管161位于其中的装置1的部分的横截面。图16F示出了晶体管161位于其中的装置1的部分的侧视图。
图16D至16F的示例装置可以类似于图16A至16C的示例装置,除了以下之外,在图16D至16F的示例中,弯曲的支撑结构7还提供晶体管161内的电介质材料165。在这些示例中,栅极164设置在非导电支撑结构7的下方,以使得非导电支撑结构7提供在栅极164和活性材料166之间的电介质材料165。在图16D至16F的示例中,活性材料166可以沉积在非导电支撑结构7上,以使得活性材料166直接覆盖非导电支撑结构7。
图17A至17C示出了根据本公开的其它示例的包括晶体管161的另一个示例装置1。在图17A至17C的示例中,弯曲的支撑结构7还包括非导电材料。图17A至17C的示例装置包括用于晶体管161的顶栅设置。
图17A示出了装置1的平面图。图17B示出了穿过晶体管161位于其中的装置1的部分的横截面。图17C示出了晶体管161位于其中的装置1的部分的侧视图。示例装置1包括可以如上所述的弯曲的支撑结构7和至少一个支撑件5。弯曲的支撑结构7可以被配置为支撑晶体管161的部件。
在图17A至17C的示例中,弯曲的支撑结构7包括非导电材料。非导电材料可以包括聚合物材料,诸如聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、甲基倍半硅氧烷、聚烯丙基醚、聚乙烯、聚苯乙烯或任何其它合适的材料。
在图17A至17C的示例中,晶体管161设置成顶栅顶部接触型设置。在图17A至17C的示例中,非导电弯曲的支撑结构7支撑栅极164和源极162以及漏极163。源极162设置在非导电弯曲的支撑结构7的第一边缘41上,并且漏极163设置在非导电弯曲的支撑结构7的第二边缘43上。栅极设置在非导电弯曲的支撑结构7的中心部分中。在图17A至17C的示例中,源极162和漏极电极163从晶体管161的左手侧延伸,并且栅极164从晶体管161的右手侧延伸。应当理解,电极162、163和164可以用在本公开的其它示例中。
弯曲的支撑结构7还被配置为支撑活性材料166。在图17A至17C的示例中,活性材料166包括半导体。活性材料166设置在源极和漏极162、163之间。电介质材料165覆盖活性材料166而设置。栅极164覆盖电介质165而设置,以使得电介质165防止栅极164与活性材料166以及源极和漏极162、163之间的电接触。
在图17A至17C的示例中,晶体管161设置在弯曲的支撑结构7的环13中的一个环的顶点中。在其它示例中,晶体管161可以设置在沿着弯曲的支撑结构7的其它位置上。
在一些示例装置1中,晶体管161可以被单独设置并且被隔离地轮询(poll)。这可以使晶体管161能够用作电路元件或单独的传感器。在一些示例装置1中,还可以制造晶体管的阵列以提供增加的感测能力。
图18A和18B示出了包括晶体管161的阵列181的装置1的示例。晶体管161的阵列181可以包括多个晶体管161。在一些示例中,阵列181内的不同的晶体管161可以被配置为感测不同的参数。在这种示例中,不同的活性材料166可以用在不同的晶体管161中。
图18A示出了装置1的部分的平面图。图18B提供了晶体管161的三乘三阵列181的等效电路图。阵列181的每个单元可以通过多路复用读取电子装置独立地读取。应当理解,晶体管161的阵列181可以包括在任何合适的设置中的任何合适数量的晶体管161。
图18A和18B的装置1包括可以关于图1所述的可变形基板3、至少一个支撑件5和弯曲的支撑结构7。在图18A中仅示出了一个弯曲的支撑结构7,然而,应当理解,装置1可以包括多个弯曲的支撑结构7。多个弯曲的支撑结构7可以在相同的方向上延伸。
在图18A和18B的示例中,装置1还包括多个附加的弯曲结构75。附加的弯曲结构75可以包括细长构件11。细长构件11可以形成蛇形形状。蛇形形状可以与弯曲的支撑结构7的蛇形形状相同或相似。
附加的弯曲结构75在垂直于弯曲的支撑结构7的方向上延伸。附加的弯曲结构75沿着弯曲的支撑结构7的长度间隔地设置,以使得存在多个其中附加的弯曲结构75在弯曲的支撑结构7上方交叉的相交点。
附加的弯曲结构75覆盖弯曲的支撑结构7而设置。附加的弯曲结构75为晶体管161的阵列181提供交叉连接器。在图18A的示例中,附加的弯曲结构75可以包括漏极163。
图18A和18B的示例装置1示出了用于晶体管161的底栅顶部接触型设置。该设置可以如15A至16F的示例所示。应当理解,在其它示例中可以使用晶体管161的其它设置。
在图18A和18B的示例中,源极和漏极162、163设置在弯曲的支撑结构7的边缘41、43上。活性材料166设置在沿着弯曲的支撑结构7的长度的部分中的源极和漏极162、163之间。在图18A和18B的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的部分中,其中弯曲的支撑结构7在至少一个支撑件5之上交叉。
可以为晶体管161中的每一个提供公共栅极164。这可以允许阵列181的多路复用。
附加的电介质绝缘材料183设置在源极162和附加的支撑结构75之间。附加的电介质绝缘材料183可以被配置为防止源极162和交叉连接器之间的直接连接。
图19示出了包括晶体管161的阵列181的装置1的另一个示例。装置1可以包括可变形基板3、至少一个支撑件5、弯曲的支撑结构7和多个附加的弯曲结构75。可变形基板3、至少一个支撑件5、弯曲的支撑结构7和多个附加的弯曲结构75可以如关于图18A和18B所述。
在图19的示例装置1中,晶体管161设置在弯曲的支撑结构7上。晶体管161可以如上所述,然而,在图19的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的环的顶点中。附加的弯曲结构7和弯曲的支撑结构7之间的相交设置在弯曲的支撑结构7的部分中,其中弯曲的支撑结构7在至少一个支撑件5之上交叉。这可以允许密集的晶体管161的阵列181。
图20A至20C示出了包括晶体管161的阵列181的装置1的另一个示例。装置1可以包括可变形基板3、至少一个支撑件5、弯曲的支撑结构7和多个附加的弯曲结构75。可变形基板3、至少一个支撑件5、弯曲的支撑结构7和多个附加的弯曲结构75可以如关于图18A至19所述。
在图20A至20C的示例装置1中,晶体管161设置成顶栅顶部型接触设置。图20A示出了装置1的平面图。图20B示出了其中设置有附加的电介质绝缘材料183的部分的详细平面图。图20C示出了其中设置有晶体管161的活性材料166和电介质165的部分的详细平面图。
在图20A至20C的示例中,为晶体管161中的每一个提供公共栅极164。公共栅极164可设置在弯曲的支撑结构7的中心中。公共栅极164可沿着弯曲的支撑结构7的长度延伸。
图20B示出了附加的电介质绝缘材料183被配置为防止设置在附加的弯曲结构7上的漏极162与设置在弯曲的支撑结构7上的栅极164和源极162之间的直接电接触。
图20C示出了示例晶体管161的平面图。晶体管161包括在源极和漏极162、163与电介质材料165之间的活性材料166,该电介质材料165被配置为防止栅极164与源极和漏极162、163之间的直接电接触。在图20A至20C的示例中,活性材料166设置在弯曲的支撑结构7的环的顶点中。应当理解,在本公开的其它示例中,活性材料166可以设置在其它位置上。
图21A至21T示出了提供包括晶体管161的装置1的示例方法。图21A至21T的示例方法可用于提供装置1,该装置1包括由非导电弯曲的支撑结构7支撑的底栅顶部接触型设置。这种装置1的示例在图16A至16C中示出。应当理解,可以通过交换相关方法的框的顺序来提供晶体管161的其它设置。
在图21A中,释放层111沉积在硅晶片113上。在图21B中,光刻胶层115沉积在释放层111上。光刻胶层115被图案化为漏极163。在图21C中,导电材料117沉积在光刻胶层115上。导电材料117可以包括金属。导电材料117可以使用任何合适的方法来沉积,诸如蒸发或溅射。在图21D中,去除光刻胶层115,并将漏极163留在释放层111上。
在图21B至21D的示例中,形成的漏极163可以提供如图18A至19所示的漏极163。该漏极163可以包括附加的弯曲结构75的部分并且沿着弯曲的支撑结构7的部分延伸。
在图21E中,附加的电介质绝缘材料183沉积在漏极163上。附加的电介质绝缘材料183可以使用任何合适的方法来沉积,诸如喷墨印刷或丝网印刷。在图21F中,另一个光刻胶层119沉积在释放层111上。光刻胶层119被图案化为源极162。在图21G中,诸如金属的导电材料121沉积在光刻胶层119上。导电材料121可以使用任何合适的方法来沉积,诸如蒸发或溅射。在图21H中,去除光刻胶层119,并且将源极162和漏极163留在释放层111上。
在图21F至21H的方法的框中形成的源极162可以形成如图18A至19所示的源极162。该源极162可以被设置为沿着弯曲的支撑结构7的部分延伸。
在图21I中,沉积活性材料166。活性材料166沉积在源极162和漏极163之间。活性材料166可以包括半导体或任何其它合适的材料。可以使用诸如喷墨印刷、丝网印刷的任何合适的技术,使用光刻胶掩模和溅射、原子层沉积或任何其它合适的方法来沉积活性材料166。用于沉积活性材料166的方法可以取决于所使用的材料。例如,石墨烯可以通过光刻胶掩模来转移和图案化,并五苯和PDOT:PSS可以使用诸如喷墨印刷或丝网印刷的技术从溶液印刷,P3HT可以通过掩模进行喷涂沉积,并且ZnO可以通过掩模通过原子层沉积进行沉积。其它方法可用于其它示例中。
在图21J中,另一个光刻胶层123沉积在释放层111上。光刻胶层123被图案化为电介质材料165和栅极164。在图21K中,电介质材料165沉积在光刻胶层123上。电介质材料165可以包括诸如聚合物的任何合适的绝缘材料。电介质材料165可以具有与弯曲的支撑结构7相同的蛇形形状。电介质材料可以使用任何合适的技术来沉积,诸如旋涂、蒸发、溅射或任何其它合适的方法。
在图21K中,诸如金属的导电材料191沉积在光刻胶层123上。导电材料191可以使用任何合适的方法来沉积,诸如蒸发或溅射。导电材料191被图案化为栅极164。在图21M中,去除光刻胶层123,并且将栅极164和电介质材料165留在释放层111上以形成晶体管161。
在图21N中,聚合物125沉积到电极31、33上。聚合物125可以是可光致图案化的聚合物。聚合物125可以旋涂在晶体管161之上。在其它示例中,可以使用沉积聚合物125的其它方法。在图21O中,另一个光刻胶层127沉积在聚合物125上。光刻胶层127被图案化为弯曲的支撑结构7和附加的弯曲结构75。然后,聚合物125暴露于紫外(UV)光129。UV光129通过增加聚合物125中的交联数来使暴露于UV光的聚合物125硬化。没有暴露于UV光129的聚合物125的部分保留为未交联的聚合物125。在图21P中,去除光刻胶层127和未交联的聚合物。这留下非导电弯曲的支撑结构7和附加的弯曲支撑结构75。
在图21Q中,沉积另一个光刻胶层131。另一个光刻胶层131被图案化为至少一个支撑件5。在图21Q的示例中,至少一个支撑件5包括梁6。在图21R中,弹性体层133抵靠另一个光刻胶层131浇铸并固化。在图21S中,去除另一个光刻胶层131和剥离的层111,留下可变形基板3、梁6和弯曲的支撑结构7。在图21T中,结构被反转以留下如上所述的装置1。
图12A至图13的示例方法可以从可变形基板的上部使用,并将其与诸如图21A至21T制造的装置的装置组合。
本公开的示例提供了可用于感测的装置1。由于装置1内的电阻传感器30和晶体管161不受装置1的变形的影响,所以这使得装置1适用于可弯曲或可变形电子设备。例如,装置1可以用在可穿戴电子设备中。
在装置1的示例中,弯曲的支撑结构7经由至少一个支撑件5连接到可变形基板3,该至少一个支撑件5使得弯曲的支撑结构7能够与可变形基板3间隔开来放置。当用户施加力到可变形基板3时,这可能导致可变形基板3的尺寸或形状的变化。由于弯曲的支撑结构7不直接连接到可变形基板3,因此,施加到可变形基板的力也不会施加到弯曲的支撑结构7。这意味着导电部分不会以与可变形基板相同的方式弯曲或改变尺寸或形状。这可以减少弯曲的支撑结构7内的应力量并且减少由于疲劳引起的故障的可能性。
同样,在本公开的示例中,电阻传感器30和晶体管161设置在弯曲的支撑结构7上,而不是附加的刚性部分。这意味着电阻传感器30和晶体管161不会向装置添加任何刚性部分,并且不会降低装置1的灵活性。
电阻传感器30和晶体管161可以被设置为使得电阻传感器30的阵列71或晶体管161的阵列181可以由市售的电子装置来读取。电阻传感器30的阵列71或晶体管161的阵列181可以包括任何数量的电阻传感器30或晶体管161。这可以使得能够从大量的电阻传感器30或晶体管161获得信息。
本文件中所使用的术语“包括”具有包含的意义,而不是排他的意义。也就是说,关于X包括Y的任何引用指示该X可以仅包括一个Y或可以包括多于一个Y。如果旨在使用具有排他意义的“包括”,则将在上下文中通过引用“仅包括一个”或通过使用“由……组成”来明确。
在本简短描述中,已经参考了各种示例。与示例相关的特征或功能的描述指示这些特征或功能存在于该示例中。在本文中使用的术语“示例”或“例如”或“可以”表示无论是否明确陈述,这些特征或功能至少存在于所描述的示例中,无论是否被描述为示例,它们可以但不一定存在于某些或全部其它示例中。因此,“示例”、“例如”或“可以”是指一类示例中的特定实例。该实例的性质可以仅是该实例的性质,或可以是该类的性质,或可以是包括类中的一些但不是全部实例的类的子类的性质。因此,隐含地公开了参考一个示例而不是参考另一个示例所描述的特征可以在可能的情况下用于该另一个示例,但不一定必须在该另一个示例中使用。
尽管已经参考各种示例在之前的段落中描述了本发明的实施例,但是应当理解,在不脱离所要求保护的本发明的范围的情况下,可以对给出的示例进行修改。
上述描述中描述的特征可以在除了明确描述的组合以外的组合中使用。
尽管已经参考某些特征描述了功能,但是这些功能可以由其它特征来执行,无论其它特征是否被描述。
尽管已经参考某些实施例描述了特征,但是这些特征也可以存在于其它实施例中,无论其它实施例是否被描述。
尽管在前述说明书中努力提请注意被认为特别重要的本发明的特征,但是应当理解,申请人要求保护关于上文所指和/或在附图中所示的任何可专利特征或特征的组合是否特别强调了这一点。
Claims (15)
1.一种装置,包括:
可变形基板;
弯曲的支撑结构,其被配置为支撑电阻传感器的至少一部分,其中,所述电阻传感器包括第一电极、第二电极以及设置在所述电极之间的电阻传感器材料;
至少一个支撑件,其被配置为将所述弯曲的支撑结构与所述可变形基板间隔开,以使得当所述可变形基板变形时,所述弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;
其中,所述电阻传感器位于所述弯曲的支撑结构上,以便当所述可变形基板变形时限制所述电阻传感器的变形。
2.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述电极沿着所述弯曲的支撑结构的长度延伸。
3.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,多个电阻传感器设置在所述弯曲的支撑结构上。
4.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,设置多个弯曲的支撑结构。
5.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,设置多个第一弯曲的支撑结构在第一方向上延伸,设置多个第二弯曲结构覆盖所述多个第一弯曲的支撑结构并在第二方向上延伸,其中,所述第二方向垂直于所述第一方向。
6.根据权利要求5所述的装置,其中,所述第二电极设置在第二弯曲结构上。
7.根据权利要求6所述的装置,其中,所述第一弯曲的支撑结构包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层,设置通孔穿过所述聚合物层以连接所述第一电极和所述第二电极。
8.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述第一弯曲的支撑结构包括所述第一电极,以使得所述电阻传感器材料和所述第二电极由所述第一电极支撑。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置,其中,所述第一弯曲的支撑结构包括聚合物层,所述第一电极和所述第二电极以及所述电阻传感器材料由所述聚合物层支撑。
10.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述电阻传感器包括晶体管。
11.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述可变形基板形成其中设置有所述弯曲的支撑结构和所述电阻传感器的腔体。
12.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述弯曲的支撑结构的曲率半径平行于所述可变形基板的平面,其中,所述弯曲的支撑结构具有蛇形形状,所述蛇形形状包括多个环,以使得在延伸到左手侧的环之后跟着延伸到右手侧的环。
13.根据任意前述权利要求所述的装置,其中,所述可变形基板被配置为响应于由用户施加的力而变形。
14.一种电子设备,包括根据权利要求1至13中任一项所述的装置。
15.一种方法,包括:
提供可变形基板;
提供弯曲的支撑结构,所述弯曲的支撑结构被配置为支撑电阻传感器的至少一部分,其中,所述电阻传感器包括第一电极、第二电极和设置在所述电极之间的电阻传感器材料;
提供至少一个支撑件,所述至少一个支撑件被配置为将所述弯曲的支撑结构与所述可变形基板间隔开,以使得当所述可变形基板变形时,所述弯曲的支撑结构不以相同的方式变形;
其中,所述电阻传感器位于所述弯曲的支撑结构上,以便当所述可变形基板变形时限制所述电阻传感器的变形。
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