CN111811700A - 压力传感器、压力传感装置及其制备方法 - Google Patents

压力传感器、压力传感装置及其制备方法 Download PDF

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CN111811700A CN202010527954.3A CN202010527954A CN111811700A CN 111811700 A CN111811700 A CN 111811700A CN 202010527954 A CN202010527954 A CN 202010527954A CN 111811700 A CN111811700 A CN 111811700A
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Abstract

本发明涉及一种压力传感器、压力传感装置及其制备方法。所述压力传感器包括：衬底；薄膜晶体管，包括位于所述衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、以及覆盖所述源电极和所述漏电极的半导体层；压力敏感薄膜，位于所述半导体层表面；下触发电极，位于所述压力敏感薄膜背离所述半导体层的表面；隔离柱，位于所述下触发电极背离所述压力敏感薄膜的表面；柔性防静电薄膜，位于所述隔离柱上方；上触发电极，位于所述柔性防静电薄膜朝向所述下触发电极的表面。由本发明提供的压力传感器组成的压力传感装置能够提高读取速度，降低功耗。

Description

压力传感器、压力传感装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器、压力传感装置及其制备方法。
背景技术
近年来，随着可穿戴产品的迅速发展，柔性传感器组件成为研究人员探索的热点课题之一。其中，柔性压力传感器尤其收到广泛的关注，在包括人工电子皮肤、柔性触屏、智能机器人及医疗健康等领域都具有非常广阔的市场前景。
目前，对柔性压力传感器的研究可基于多种工作原理，主要包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。对于大面积薄膜压力传感阵列，由于像素数量的急剧增加，其存在功耗高、驱动电路复杂、延时长、信号串扰严重等问题，难以满足复杂场景的应用需求。并且采用传统的全阵列逐行逐列扫描的方式实现对压力传感阵列表面的压力进行响应和识别，带来了显著的功耗并依赖于外围复杂的硅芯片控制电路。
因此，如何在满足低功耗的情况下，降低压力传感器的延时，从而实现对阵列集成结构和电路性能与功耗的设计优化，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种压力传感器、压力传感装置及其制备方法，用于解决现有的压力传感器功耗较高的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器，包括：
衬底；
薄膜晶体管，包括位于所述衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、以及覆盖所述源电极和所述漏电极的半导体层；
压力敏感薄膜，位于所述半导体层表面；
下触发电极，位于所述压力敏感薄膜背离所述半导体层的表面；
隔离柱，位于所述下触发电极背离所述压力敏感薄膜的表面；
柔性防静电薄膜，位于所述隔离柱上方；
上触发电极，位于所述柔性防静电薄膜朝向所述下触发电极的表面。
可选的，所述压力敏感薄膜为绝缘介电薄膜或者压电薄膜，且所述压力敏感薄膜的厚度小于或等于300微米。
可选的，所述压力敏感薄膜为绝缘介电薄膜，且所述绝缘介电薄膜内部或者与所述半导体层相对的表面具有微结构。
可选的，所述微结构为规则排列的锥形或者半球形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者
所述微结构为规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm；或者
所述微结构为均匀分布的气孔，所述气孔孔径为0.1μm～30μm。
可选的，所述绝缘介电薄膜的材料为聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯、固态电解质、离子凝胶或者掺杂导电体的绝缘介电材料，所述导电体为导电聚合物、碳基导电物、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
可选的，所述压电薄膜材料为无机压电陶瓷、压电陶瓷/有机高聚物复合材料或者聚合物压电材料。
可选的，所述薄膜晶体管的所述栅电极、所述源电极、所述漏电极以及所述上触发电极、所述下触发电极的材料均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
可选的，所述隔离柱的材料为聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯或者光刻胶。
可选的，所述半导体层表面还设置有钝化层、以及位于所述钝化层表面的浮栅电极，所述压力敏感薄膜位于所述浮栅电极表面；
所述浮栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积大于或等于所述栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种压力传感装置，包括：
压力传感器阵列，包括多个如上任一项所述的压力传感器，且多个所述压力传感器排布呈N行M列的阵列，N、M均为正整数；
行扫描驱动器，包括与N行压力传感器一一对应的N条行扫描线，且位于同一行的所有所述压力传感器的栅电极均连接至与对应的一条所述行扫描线；
公共电极，连接与M列压力传感器一一对应的M条公共电极线，且位于同一列的所有所述压力传感器的源电极均连接至对应的一条所述公共电极线；
列扫描驱动器，包括与M列压力传感器一一对应的M条列扫描数据线，且位于同一列的所有所述压力传感器的漏电极均连接至对应的一条所述列扫描数据线；
一个公共顶电极，所述压力传感器阵列中的所有的所述压力传感器的下触发电极均连接至所述公共顶电极，所述公共顶电极用于向所述下触发电极施加固定偏压；
触发行控制器，包括与N行压力传感器一一对应的N个触发行；
触发列控制器，包括与M列压力传感器一一对应的M个触发列；
所述上触发电极为叉指电极，所述叉指电极的一部分连接至对应的触发行、另一部分连接至对应的触发列。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种如上所述的压力传感装置的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底；
形成栅电极和行扫描线于所述衬底表面；
形成覆盖所述栅电极、所述行扫描线和所述衬底表面的所述绝缘层；
形成源电极、漏电极、列扫描数据线和公共电极线于所述绝缘层表面；
形成覆盖源电极和漏电极的所述半导体层；
形成表面具有下触发电极的所述压力敏感薄膜；
以所述下触发电极背离所述半导体层的方式贴合所述压力敏感薄膜于所述半导体层表面；
形成上触发电极、触发行、触发列、隔离柱、以及用于隔离相互交叉的触发行和触发列的隔离层于一防静电薄膜的同一表面；
以所述隔离柱朝向所述压力敏感薄膜的方式贴合所述防静电薄膜与所述压力敏感薄膜。
可选的，形成表面具有下触发电极的所述压力敏感薄膜之前，还包括如下步骤：
于所述半导体层表面形成钝化层、以及位于所述钝化层表面的浮栅电极，所述浮栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积大于或等于所述栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积。
本发明提供的压力传感器、压力传感装置及其制备方法，通过在压力传感器中设置相对分布的上触发电极和下触发电极，当所述压力传感器受到外界压力时，所述上触发电极与所述下触发电极接触，使得所述上触发电极以及与所述上触发电极相连的触发电路的电压信号发生改变。采用本发明提供的压力传感器形成的压力传感装置，能够使得电路处理系统按照获得的触发地址信息只读取相应受触发位置下方的传感像素(即压力传感器)信息，减少了阵列中所需读取的像素个数，提高传感阵列的刷新速率，降低了功耗。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中压力传感器的一种结构示意图；
附图2是本发明具体实时方式中压力传感器的另一种结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中压力传感装置的等效电路图；
附图4是本发明具体实施方式中压力传感装置的制备方法流程图；
附图5-12是本发明具体实施方式在制备压力传感装置的过程中主要的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的压力传感器、压力传感装置及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种压力传感器，附图1是本发明具体实施方式中压力传感器的一种结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的压力传感器，包括：
衬底100；
薄膜晶体管，包括位于所述衬底100表面的栅电极101、覆盖所述栅电极101的绝缘层102、位于所述绝缘层102表面的源电极104和漏电极103、以及覆盖所述源电极104和所述漏电极103的半导体层105；
压力敏感薄膜106，位于所述半导体层105表面；
下触发电极107，位于所述压力敏感薄膜106背离所述半导体层105的表面；
隔离柱108，位于所述下触发电极107背离所述压力敏感薄膜106的表面；
柔性防静电薄膜110，位于所述隔离柱108上方；
上触发电极109，位于所述柔性防静电薄膜110朝向所述下触发电极107的表面。
具体来说，所述衬底100的材料可以为玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯或者聚二甲基硅氧烷等，所述衬底100作为压力传感器的承载基底。
可选的，所述薄膜晶体管为有机薄膜晶体管、氧化锌薄膜晶体管、氧化铟镓锌薄膜晶体管或者非晶硅薄膜晶体管。
可选的，所述薄膜晶体管的所述栅电极101、所述源电极104、所述漏电极105以及所述上触发电极109、所述下触发电极107的材料均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
所述栅电极101的材料可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或、或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
所述绝缘层102作为所述薄膜晶体管的栅绝缘层，所述绝缘层102的材料可以为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等。
所述源电极104和所述漏电极103的材料可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
在本具体实施方式中，所述源电极104、所述漏电极103所述栅电极101的材料均相同。在其他具体实施方式中，本领域技术人员可以根据实际需要，使得所述源电极104、漏电极103与栅电极101可以采用不同的导电材料制成。
所述半导体层105的材料为有机半导体材料或是无机的氧化锌、氧化铟镓锌、非晶硅材料。所述有机半导体材料为有机小分子、聚合物或者为有机小分子与绝缘聚合物共混的材料。例如，所述半导体层105的材料为6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-pentacene)与聚苯乙烯(PS)的共混材料；或者，再例如，所述半导体层105的材料为氧化铟镓锌。
所述压力敏感薄膜106为弹性绝缘薄膜，在外界压力作用下会发生形变。可选的，所述压力敏感薄膜106为绝缘介电薄膜或者压电薄膜，且所述压力敏感薄膜106的厚度小于或等于300微米。
可选的，所述绝缘介电薄膜的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、Ecoflex(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物)、聚氨酯(PU)、固态电解质、离子凝胶或者掺杂导电体的绝缘介电材料中的一种或者两种以上的组合，所述导电体为导电聚合物、碳基导电物、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
可选的，所述压电薄膜材料为无机压电陶瓷、压电陶瓷/有机高聚物复合材料(即压电陶瓷材料与有机高聚物的复合材料)或者聚合物压电材料。
为了使得所述压力敏感薄膜106具有较高的灵敏度，所述压力敏感薄膜106的内部或是与所述半导体层105相对的表面具有微结构1061。可选的，所述压力敏感薄膜106为绝缘介电薄膜，且所述绝缘介电薄膜内部或者与所述半导体层105相对的表面具有微结构1061。
可选的，所述微结构1061为规则排列的锥形或者半球形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者
所述微结构1061为规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm；或者
所述微结构1061为均匀分布的气孔，所述气孔孔径为0.1μm～30μm。
具体来说，所述压力敏感薄膜106的内部或是与所述半导体层105相对的表面具有微结构1061，使得所述下触发电极107与所述有机薄膜晶体管之间形成电容，当所述压力敏感薄膜106感受到外界压力发生形变，使得所述压力敏感薄膜106与所述半导体层105之间具有空隙发生变化，从而使得所述下触发电极107与所述有机薄膜晶体管之间形成的电容发生变化。
所述下触发电极107材料可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
所述隔离柱108用于在位于所述下触发电极107与所述柔性防静电薄膜110之间，以在所述上触发电极109与所述下触发电极107之间形成一间隙，从而隔离所述上触发电极109和所述下触发电极107。可选的，所述隔离柱108的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、Ecoflex(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物)、聚氨酯(PU)或者光刻胶。
所述上触发电极109为叉指电极，材料为可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
所述柔性防静电薄膜110的材料可以为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯或者聚二甲基硅氧烷等。
附图2是本发明具体实施方式中压力传感器的另一种结构示意图。在其他具体实施方式中，所述半导体层105表面还设置有钝化层111、以及位于所述钝化层111表面的浮栅电极112，所述压力敏感薄膜106位于所述浮栅电极112表面；
所述浮栅电极112在沿垂直于所述衬底100方向上的投影面积大于或等于所述栅电极101在沿垂直于所述衬底100方向上的投影面积。
其中，所述钝化层111材料可以为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等。所述浮栅电极112材料为可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种压力传感装置。附图3是本发明具体实施方式中压力传感装置的等效电路图，所述压力传感装置中的压力传感器的结构可参见图1和图2。如图1、图2和图3所示，本具体实施方式提供的压力传感装置，包括：
压力传感器阵列，包括多个如上任一项所述的压力传感器207，且多个所述压力传感器207排布呈N行M列的阵列，N、M均为正整数；
行扫描驱动器201，包括与N行压力传感器207一一对应的N条行扫描线2011，且位于同一行的所有所述压力传感器207的栅电极101均连接至与对应的一条所述行扫描线2011；
公共电极203，连接与M列压力传感器207一一对应的M条公共电极线2031，且位于同一列的所有所述压力传感器207的源电极103均连接至对应的一条所述公共电极线2031；
列扫描驱动器202，包括与M列压力传感器207一一对应的M条列扫描数据线2021，且位于同一列的所有所述压力传感器207的漏电极104均连接至对应的一条所述列扫描数据线2021；
一个公共顶电极204，所述压力传感器阵列中的所有的所述压力传感器207的下触发电极107均连接至所述公共顶电极204，所述公共顶电极204用于向所述下触发电极107施加固定偏压；
触发行控制器205，包括与N行压力传感器207一一对应的N个触发行2051；
触发列控制器206，包括与M列压力传感器207一一对应的M个触发列2061；
所述上触发电极109为叉指电极，所述叉指电极的一部分连接至对应的触发行2051、另一部分连接至对应的触发列2061。
具体来说，所述行扫描线2011的数量与所述压力传感器阵列的行数相同，所述列扫描数据线2021的数量与所述压力传感器阵列的列数相同，所述公共电极线2031的数量与所述压力传感器阵列的列数相同，所述触发行2051的数量与所述压力传感器阵列的行数相同，所述触发列2061的数量与所述压力传感器阵列的列数相同。
位于同一行的所有所述压力传感器207的栅电极101连接至对应的同一条行扫描线2011；位于同一列的所有所述压力传感器207的漏电极104连接至对应的同一条列扫描数据线2021；位于同一列的所有所述压力传感器207的源电极103连接至对应的同一条公共电极线2031；所有压力传感器207的下触发电极107连接至同一所述公共顶电极204；位于同一行的所有所述压力传感器207的所述上触发电极109中的一部分连接至对应的同一行的一条所述触发行2051、另一部分连接至对应的同一列的一条的所述触发列2061。
所述压力传感器阵列中的所述压力传感器207的上表面设置有上触发电极109、以及与上触发电极109连接的触发行2051和触发列2061，压力传感阵列表面受压力作用时上触发电极109接触到给定偏压的下触发电极107，使上触发电极109和与之相连的触发行2051、触发列2061的电压信号发生改变，根据所述电压信号的改变情况可以获取所述压力传感器阵列中的触发地址信息，电路系统按照获得的触发地址信息只读取相应受触发位置下方的传感像素单元的信息，减少了阵列中所需读取的像素个数，提高传感阵列的刷新速率，降低功耗。在本具体实施方式中，一个所述压力传感器207作为一个传感像素单元。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种如上所述的压力传感装置的制备方法，附图4是本发明具体实施方式中压力传感装置的制备方法流程图，附图5-12是本发明具体实施方式在制备压力传感装置的过程中主要的结构示意图。本具体实施方式制备的压力传感装置的等效电路图可参见图3，所述压力传感装置中压力传感器的结构示意图可参见图1和图2。如图1-图12所示，本具体实施方式提供的压力传感装置的制备方法，包括如下步骤：
步骤S31，提供一衬底100。
步骤S32，形成栅电极101和行扫描线2011于所述衬底100表面，如图5所示。
具体来说，所述衬底100的材料可以为玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯或者聚二甲基硅氧烷等，所述衬底100作为压力传感器的承载基底。可以采用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对衬底100进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底100表面。
本具体实施方式在形成所述压力传感器阵列中的所有薄膜晶体管中的所述栅电极101的同时，形成与所述压力传感器阵列的行数相同数量的所述行扫描线2011，且位于所述压力传感器阵列同一行的所有所述栅电极均与改行对应的条所述行扫描线2011的一端连接。每一所述行扫描线2011的另一端形成有第一行驱动电连接端401，作为与其他电路进行电连接的端口。
所述行扫描线2011、栅电极101以及行驱动电连接端401的材料可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。可以采用真空蒸镀、磁控溅射、光刻、喷墨打印、丝网印刷或凹版印刷的方式在所述衬底100表面形成所述行扫描线2011、栅电极101以及第一行驱动电连接端401。
步骤S33，形成覆盖所述栅电极101、所述行扫描线2011和所述衬底100表面的所述绝缘层102，如图6所示。在图6所示角度下，部分所述行扫描线2011与全部的所述栅电极101不可见，故以虚线表示。
所述绝缘层102的材料可以为有机绝缘层材料，例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)，也可以为无机的二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)等。所述绝缘层102的形成方法包括：采用真空蒸镀、等离子增强化学气相沉积、旋涂、刮涂或喷墨打印工艺形成绝缘薄膜。所述有机绝缘层材料成膜后采用波长为195nm～365nm的紫外光照射或者在加热条件下发生交联并烘干处理以形成绝缘层102。
步骤S34，形成源电极104、漏电极103、列扫描数据线2021和公共电极线2031于所述绝缘层102表面，如图7所示。
具体来说，在所述绝缘层102表面形成列扫描数据线2021、公共电极线2031、源电极104和漏电极103，所述压力传感器阵列中位于同一列所有的所述压力传感器207的源电极104连接至对应的同一条列扫描数据线2021，所述压力传感器阵列中位于同一列所有的所述压力传感器207的漏电极103连接至对应的同一条公共电极线2031。形成源电极104、漏电极103、列扫描数据线2021和公共电极线2031于所述绝缘层102表面的同时，还形成与所有所述公共电极线2031一端连接的公共电极203以及位于各个列扫描数据线2021一端的第一列驱动电连接端606。所述第一列驱动电连接端606作为与其他电路进行电连接的端口。
所述列扫描数据线2021、公共电极线2031、源电极104、漏电极103以及公共电极203、列驱动电连接端606的材料可以均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。可以采用真空蒸镀、磁控溅射、光刻、喷墨打印、丝网印刷或凹版印刷的方式在所述绝缘层102表面形成所述列扫描数据线2021、公共电极线2031、源电极104、漏电极103以及公共电极203和第一列驱动电连接端606。
步骤S35，形成覆盖源电极104和漏电极103的所述半导体层105，如图8所示。
具体来说，所述半导体层105的材料为有机半导体材料或是无机的氧化锌(ZnO)、氧化铟镓锌(IGZO)、非晶硅材料，所述有机半导体层材料为有机小分子、聚合物或者为有机小分子与绝缘聚合物共混的材料。所述半导体层105的形成方法包括：采用等离子增强化学气相沉积、旋涂、刮涂、提拉或者喷墨打印工艺在所述绝缘层102、源电极104和漏电极103表面形成半导体层105。
在其他具体实施方式中，也可以先在所述绝缘层表面形成半导体层，而后再通过光刻、刻蚀工艺形成所述列扫描数据线、公共电极线、源电极、漏电极以及公共电极和列驱动电连接端。
步骤S36，形成表面具有下触发电极107的所述压力敏感薄膜106，如图9所示。
举例来说，所述压力敏感薄膜106的形成方法包括：提供表面具有规则的微结构1061的模板；在所述模板具有规则的所述微结构1061的表面形成压力敏感薄膜106；在所述压力敏感薄膜106背离所述微结构1061的表面形成下触发电极107；将表面形成有下触发电极107的压力敏感薄膜106从所述模板表面剥离。所述模板的形成方法包括：采用化学刻蚀工艺在硅片表面形成规则的微结构1061；或者采用3D打印的方式制备表面具有规则的微结构1061的聚合物模板。
再例如，所述压力敏感薄膜106的另一种形成方法：提供表面修饰分离层的玻璃衬底；在所述玻璃衬底表面形成压力敏感薄膜材料和发泡剂的共混物；加热固化压力敏感薄膜材料并使低温发泡剂发泡形成带气孔的压力敏感薄膜106；在所述压力敏感薄膜106表面形成下触发电极107；将表面形成有下触发电极107的压力敏感薄膜106从所述玻璃衬底表面剥离。
所述下触发电极107可以采用真空蒸镀、磁控溅射、光刻、喷墨打印、丝网印刷或凹版印刷的方式形成。所述下触发电极107的材料可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。
所述压力敏感薄膜106为弹性绝缘薄膜，在外界压力作用下会发生形变。所述压力敏感薄膜106的材料可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)或聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物(Ecoflex)中的一种或两种以上，可以采用旋涂或刮涂的方式制备。
在其他具体实施方式中，形成表面具有下触发电极107的所述压力敏感薄膜106之前，还包括如下步骤：
于所述半导体层105表面形成钝化层111、以及位于所述钝化层111表面的浮栅电极112，所述浮栅电极112在沿垂直于所述衬底100方向上的投影面积大于或等于所述栅电极101在沿垂直于所述衬底100方向上的投影面积。
所述钝化层111材料可以为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等。所述浮栅电极112材料为可以为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
步骤S37，以所述下触发电极107背离所述半导体层105的方式贴合所述压力敏感薄膜106于所述半导体层105表面，如图10所示。
步骤S38，形成上触发电极109、触发行2051、触发列2061、隔离柱108、以及用于隔离相互交叉的触发行2051和触发列2061的隔离层1005于一防静电薄膜110的同一表面，如图11所示。
具体来说，为了实现所述触发行2051与所述触发列2061之间的电性隔离，在所述触发行2051与所述触发列2061交叉的位置，形成位于所述触发行2051与所述触发列2061之间的所述隔离层1005。所述上触发电极109可以为叉指电极。位于所述压力传感器阵列同一行的所有所述叉指电极的一半连接至对应的同一条触发行2051、另一半连接至对应的同一条触发列2061。本具体实施方式还可以在形成上触发电极109、触发行2051、触发列2061、隔离柱108和所述隔离层1005的同时，形成位于各个触发行2051一端的第二行驱动电连接端1007、位于触发列2061一端的第二列驱动电连接端1008。
所述上触发电极109、触发行2051、触发列2061的材料可以均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒、银浆、碳浆等导电材料。其中，所述导电聚合物可以为pH值酸性或中性的聚(3，4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯，所述碳基导电物可以为单层或多层石墨烯、石墨、炭黑、单壁或多壁碳纳米管等，所述金属可以为金、银、铜、铝或钼，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。可以采用真空蒸镀、磁控溅射、光刻、喷墨打印、丝网印刷或凹版印刷的方式在所述防静电薄膜110表面形成所述上触发电极109、触发行2051、触发列2061。
所述隔离层1005的材料可以为有机的聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)或是无机的二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、光刻胶等。所述隔离层1005可以采用等离子增强化学气相沉底、光刻、喷墨打印、丝网印刷的方式在触发行2051和触发列2061交叉位置形成。
所述隔离柱108的材料可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物(Ecoflex)或是光刻胶。所述隔离柱108可以采用光刻、丝网印刷、刮涂、点胶的方式在所述防静电薄膜110表面形成。
步骤S39，以所述隔离柱108朝向所述压力敏感薄膜106的方式贴合所述防静电薄膜110与所述压力敏感薄膜106，如图12所示。
本具体实施方式提供的压力传感器、压力传感装置及其制备方法，通过在压力传感器中设置相对分布的上触发电极和下触发电极，当所述压力传感器受到外界压力时，所述上触发电极与所述下触发电极接触，使得所述上触发电极以及与所述上触发电极相连的触发电路的电压信号发生改变。采用本发明提供的压力传感器形成的压力传感装置，能够使得电路处理系统按照获得的触发地址信息只读取相应受触发位置下方的传感像素(即压力传感器)信息，减少了阵列中所需读取的像素个数，提高传感阵列的刷新速率，降低功耗。
以下为形成所述压力传感装置的六个实施例。
实施例1
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用真空蒸镀的方式在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管阵列的栅电极；
(3)采用旋涂工艺在栅电极上制备PVC绝缘层薄膜，再进行紫外交联加热烘干；
(4)采用真空蒸镀的方式在衬底上制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管阵列的源电极和漏电极；
(5)采用自组装的方式在薄膜晶体管的源电极和漏电极表面修饰一层单分子层PFBT，以改善源电极、漏电极和半导体层的接触；
(6)采用刮涂工艺在绝缘层和源电极、漏电极表面形成有机半导体材料TIPS-pentacene和绝缘材料PS的共混层，然后以100℃进行退火30分钟以改善有机半导体层的结晶；
(7)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则倒金字塔的微结构，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜，所述倒金字塔高度在0.5-20μm，尺寸为10-30μm，间距为20-50μm；
(8)采用真空蒸镀方式在PDMS薄膜上制备金电极(即下触发电极)并将PDMS薄膜从硅片上剥离；
(9)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管的半导体层贴合；
(10)采用磁控溅射和光刻工艺在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底表面分别形成上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(11)将含有隔离柱的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感装置。
实施例2
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用磁控溅射和光刻工艺在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管的栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成氮化硅绝缘层；
(4)采用等离子增强化学气相沉积和光刻工艺在绝缘层表面形成非晶硅半导体层；
(5)采用磁控溅射和光刻工艺制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(6)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则凹槽的微结构，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜；
(7)采用喷涂方式在PDMS薄膜上制备银纳米线电极(即下触发电极)并将PDMS薄膜从硅片上分离；
(8)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管的半导体层贴合；
(9)采用磁控溅射和光刻工艺在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底表面分别形成上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(10)将含有隔离柱的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感装置。
实施例3
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用磁控溅射和光刻工艺在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管的栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成氮化硅和二氧化硅双层绝缘层；
(4)采用等离子增强化学气相沉积和光刻工艺在绝缘层表面形成氧化铟镓锌(IGZO)半导体层；
(5)采用磁控溅射和光刻工艺制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(6)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则凹槽的微结构，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜；
(7)采用真空蒸镀方式在PDMS薄膜上制备金电极并将PDMS薄膜从硅片上分离；
(8)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管阵列的半导体层贴合；
(9)采用磁控溅射和光刻工艺在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底表面分别形成上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(10)将含有隔离柱的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感装置。
实施例4
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用真空蒸镀的方式在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管的栅电极；
(3)采用旋涂工艺在栅电极上制备PVC绝缘层薄膜，再进行紫外交联加热烘干；
(4)采用真空蒸镀的方式在衬底上制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(5)采用自组装的方式在薄膜晶体管的源电极和漏电极表面修饰一层单分子层PFBT，以改善源电极、漏电极和半导体层的接触；
(6)采用刮涂工艺在绝缘层和源电极、漏电极表面形成有机半导体材料TIPS-pentacene和绝缘材料PS的共混层，然后以100℃进行退火30分钟以改善有机半导体层的结晶；
(7)采用3D打印的方式制备表面具有规则凹槽微结构的聚合物模板，采用刮涂的方式在聚合物模板表面制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜；
(8)采用真空蒸镀方式在PDMS薄膜上制备金电极并将PDMS薄膜从聚合物模板上剥离；
(9)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管的半导体层贴合；
(10)采用丝网印刷和点胶工艺在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底表面分别形成上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(11)将含有隔离柱的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感装置。
实施例5
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用磁控溅射和光刻工艺在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管的栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成氮化硅和二氧化硅双层绝缘层；
(4)采用等离子增强化学气相沉积和光刻工艺在绝缘层表面形成氧化铟镓锌(IGZO)半导体层；
(5)采用磁控溅射和光刻工艺制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(6)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则倒金字塔的微结构，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜；
(7)采用喷涂方式在PDMS薄膜上制备银纳米线电极并将PDMS薄膜从硅片上分离；
(8)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管的半导体层贴合；
(9)采用磁控溅射和光刻工艺在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底表面分别形成叉指上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(10)将含有隔离柱的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感阵列。
实施例6
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水分别对聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)采用磁控溅射和光刻工艺在聚酰亚胺衬底上制备行扫描线和薄膜晶体管的栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成氮化硅绝缘层；
(4)采用等离子增强化学气相沉积和光刻工艺在绝缘层表面形成非晶硅半导体层；
(5)采用磁控溅射和光刻工艺制备列扫描数据线、公共电极线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(6)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成氮化硅钝化层；
(7)采用磁控溅射和光刻工艺在氮化硅钝化层表面制备浮栅电极；
(8)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则倒金字塔的微结构，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS弹性绝缘薄膜并加热退火以固化PDMS薄膜；
(9)采用真空蒸镀方式在PDMS薄膜上制备金电极并将PDMS薄膜从硅片上分离；
(10)将含有规则微结构的PDMS薄膜的表面与薄膜晶体管阵列的半导体层贴合；
(11)采用磁控溅射和光刻工艺在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底表面分别形成叉指上触发电极、隔离柱、触发行、触发列以及在触发行和触发列交叉位置的隔离层；
(12)将含有隔离柱的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底贴合到PDMS薄膜表面，形成压力传感装置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
衬底；
薄膜晶体管，包括位于所述衬底表面的栅电极、覆盖所述栅电极的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、以及覆盖所述源电极和所述漏电极的半导体层；
压力敏感薄膜，位于所述半导体层表面；
下触发电极，位于所述压力敏感薄膜背离所述半导体层的表面；
隔离柱，位于所述下触发电极背离所述压力敏感薄膜的表面；
柔性防静电薄膜，位于所述隔离柱上方；
上触发电极，位于所述柔性防静电薄膜朝向所述下触发电极的表面。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感薄膜为绝缘介电薄膜或者压电薄膜，且所述压力敏感薄膜的厚度小于或等于300微米。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感薄膜为绝缘介电薄膜，且所述绝缘介电薄膜内部或者与所述半导体层相对的表面具有微结构。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述微结构为规则排列的锥形或者半球形凸起，所述锥形凸起的高度为0.5μm～20μm，底部最大宽度为10μm～30μm，相邻锥形凸起之间的间距为20μm～50μm；或者所述微结构为规则排列的凹槽，所述凹槽深度为20μm～50μm，相邻凹槽之间的间距为30μm～50μm；或者所述微结构为均匀分布的气孔，所述气孔孔径为0.1μm～30μm。
5.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述绝缘介电薄膜的材料为聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯、固态电解质、离子凝胶或者掺杂导电体的绝缘介电材料，所述导电体为导电聚合物、碳基导电物、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
6.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述压电薄膜材料为无机压电陶瓷、压电陶瓷/有机高聚物复合材料或者聚合物压电材料。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管的所述栅电极、所述源电极、所述漏电极以及所述上触发电极、所述下触发电极的材料均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述隔离柱的材料为聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯或者光刻胶。
9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述半导体层表面还设置有钝化层、以及位于所述钝化层表面的浮栅电极，所述压力敏感薄膜位于所述浮栅电极表面；所述浮栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积大于或等于所述栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积。
10.一种压力传感装置，其特征在于，包括：
压力传感器阵列，包括多个如权利要求1-9中任一项所述的压力传感器，且多个所述压力传感器排布呈N行M列的阵列，N、M均为正整数；
行扫描驱动器，包括与N行压力传感器一一对应的N条行扫描线，且位于同一行的所有所述压力传感器的栅电极均连接至与对应的一条所述行扫描线；
公共电极，连接与M列压力传感器一一对应的M条公共电极线，且位于同一列的所有所述压力传感器的源电极均连接至对应的一条所述公共电极线；
列扫描驱动器，包括与M列压力传感器一一对应的M条列扫描数据线，且位于同一列的所有所述压力传感器的漏电极均连接至对应的一条所述列扫描数据线；
一个公共顶电极，所述压力传感器阵列中的所有的所述压力传感器的下触发电极均连接至所述公共顶电极，所述公共顶电极用于向所述下触发电极施加固定偏压；
触发行控制器，包括与N行压力传感器一一对应的N个触发行；
触发列控制器，包括与M列压力传感器一一对应的M个触发列；
所述上触发电极为叉指电极，所述叉指电极的一部分连接至对应的触发行、另一部分连接至对应的触发列。
11.一种如权利要求10所述的压力传感装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底；
形成栅电极和行扫描线于所述衬底表面；
形成覆盖所述栅电极、所述行扫描线和所述衬底表面的所述绝缘层；
形成源电极、漏电极、列扫描数据线和公共电极线于所述绝缘层表面；
形成覆盖源电极和漏电极的所述半导体层；
形成表面具有下触发电极的所述压力敏感薄膜；
以所述下触发电极背离所述半导体层的方式贴合所述压力敏感薄膜于所述半导体层表面；
形成上触发电极、触发行、触发列、隔离柱、以及用于隔离相互交叉的触发行和触发列的隔离层于一防静电薄膜的同一表面；
以所述隔离柱朝向所述压力敏感薄膜的方式贴合所述防静电薄膜与所述压力敏感薄膜。
12.根据权利要求11所述的压力传感装置的制备方法，其特征在于，形成表面具有下触发电极的所述压力敏感薄膜之前，还包括如下步骤：
于所述半导体层表面形成钝化层、以及位于所述钝化层表面的浮栅电极，所述浮栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积大于或等于所述栅电极在沿垂直于所述衬底方向上的投影面积。
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