CN111811701B - 一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法 - Google Patents

一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法，传感器包括依次设置的基底层、沟道层、栅介质层和力接收层，基底层上设置源电极和漏电极，源、漏电极为叉指电极结构，沟道层设置在叉指电极的沟道内，栅介质层设置在源、漏电极和沟道层的上方，力接收层的下表面包括向下凸起的、至少三种尺寸的多级微结构，力接收层的下表面还包括均匀设置在其多级微结构上的栅电极。本发明制备的压力传感器，通过引入多级微纳结构，提高了柔性压力传感器综合性能，实现柔性压力传感器在较大的量程范围内保持高灵敏度，同时增加压力传感器的高灵敏度线性区范围，降低压力传感器迟滞。本发明制备的传感器结构简单，获得了优异的器件性能。

Description

一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法。
背景技术
电子皮肤又称新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，在可穿戴设备、机器人、智能假肢等领域具有广阔的应用前景。柔性压力传感器作为触觉传感器的一类，能够感知或监测外界压力变化，具备灵敏度高、形变灵活、制备工艺简单等特点。
现有柔性压力传感器通常只有在其接受到的压力较低区段内，传感器才具有高灵敏度，较大的检测范围和高灵敏度通常不能同时兼得。然而，灵敏度、检测范围、检测极限、响应时间与循环工作稳定性是柔性压力传感器的核心性能指标，因此，本发明期望提供一种检测范围大、且在整个检测范围内均具有高灵敏度的柔性压力传感器，同时兼顾传感器的检测限、响应时间和工作稳定性。
发明内容
为了至少部分解决上述技术问题以及实现上述技术目的，本发明提出一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，包括依次设置的基底层、沟道层、栅介质层和力接收层，所述基底层上设置源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极为叉指电极结构，所述沟道层设置在叉指电极的沟道内，所述栅介质层设置在所述源电极、所述漏电极和所述沟道层的上方，所述力接收层的下表面包括向下凸起的、至少三种尺寸的多级微结构，所述力接收层的下表面还包括均匀设置在其上的栅电极。
进一步，所述多级微结构的形状为棱锥形、棱柱形、圆柱形、半球形中的一种或多种；所述多级微结构的高度为10-200μm，宽或直径为10-200μm，不同尺寸的微结构按照一定的间距均匀排布，间距大小为30-100μm。
进一步，所述栅电极为Bi2Se3，所述力接收层的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，所述沟道层的材料为石墨烯。
进一步，所述源电极和所述漏电极的沟道长度为20-100μm，沟道宽度为1000-5000μm。
本发明还提供一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)基底预处理：清洗基板；(2)制备源电极和漏电极：在清洗后的基板上制备源电极和漏电极；(3)制备沟道层：采用湿法转移将石墨烯转移至步骤(2)获得的基板上，形成沟道层；(4)制备栅介质层：在步骤(3)获得的工件上制备栅介质层；(5)制备包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜：对用于生长Bi2Se3的衬底材料的表面进行3D微纳结构化处理，以在衬底材料表面获得多级凹槽结构；在多级凹槽结构的衬底材料表面生长Bi2Se3，得到均匀厚度的纳米花Bi2Se3层；在Bi2Se3层上制备一定厚度的PDMS薄膜后揭下，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜；(6)将包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜置于栅介质层之上，多级微结构面向栅介质层，即得多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器。
进一步，所述步骤(1)清洗基板包括：将基板利用去离子水清洗，再分别在酒精和丙酮中超声清洗5-20min，然后用氮气枪吹干，作为压力传感器的基底。
进一步，所述步骤(2)制备源电极和漏电极的包括：采用真空蒸发沉积技术将电极图案在预处理后的基板上，沉积的条件为10-4Pa和
Figure BDA0002591597730000031
电极沉积厚度约为30nm，源电极和漏电极沟道的长度为20-100μm，沟道宽度为1000-5000μm。
进一步，所述步骤(3)制备沟道层包括：使用PMMA保护正面石墨烯，通过配置H2O2：HCl：H2O比例为1：2：60的溶液，刻蚀铜箔，以PMMA为支撑，把石墨烯转移到基底上，再使用丙酮浸泡转移好石墨烯的基底，去除PMMA；再用去离子水漂洗。
进一步，所述步骤(4)制备栅介质层包括：采用原子层沉积工艺制备栅介质层，后用光刻胶作掩模在栅介质层表面进行窗口图形化，随后放入体积浓度为85％的磷酸溶液中进行刻蚀，得到栅介质层。
进一步，所述步骤(5)中衬底材料表面的3D微纳结构化处理包括：采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀技术，实现对衬底材料表面的3D微纳结构化；
进一步，所述步骤(5)中在衬底材料表面生长Bi2Se3包括：利用CVD管式生长炉，将30mg-50mg纯度为99.99％的Bi2Se3固体粉末作为原料，装入石英舟；再将石英舟装进石英管，向管道内泵入7.5mTorr的基压，并用氩气冲洗几次，以去除氧气和水分污染，将衬底材料置于石英管的下游一侧，距离源粉10cm，工作温度保持700℃，整个系统注入到基压为0.75Torr环境中，生长时间为45分钟，获得65nm-125nm厚度的纳米花Bi2Se3；
进一步，所述步骤(5)中在Bi2Se3表面制备PDMS薄膜包括：配制PDMS与交联剂比例为10：1的液态PDMS，并真空去气泡后取一定量液态PDMS浇筑到Bi2Se3层上，然后放入烘箱中烘干，取出后从衬底上揭下PDMS薄膜层，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，其中PDMS共形薄膜的厚度为400μm-1000μm。
通过上述技术方案，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过引入多级微纳结构，提高了柔性压力传感器综合性能，实现柔性压力传感器在较大的量程范围内保持高灵敏度，同时增加压力传感器的高灵敏度线性区范围，降低压力传感器迟滞。本发明还通过将Bi2Se3共形多级微结构引入薄膜晶体管作为栅极，利用栅电容的变化制备压力传感器，不仅结构简单，还可以获得优异的器件性能。
2.本发明通过控制Bi2Se3的生长过程，在衬底材料上生长出厚度65nm-125nm的均匀的Bi2Se3纳米花层，该Bi2Se3纳米花层作为传感器的栅极，其电学性质对于电场强度非常敏感，有助于进一步提升器件的灵敏度。
3.本发明采用石墨烯作为沟道层材料制备的FET，能够获得迁移率高，柔性好，器件稳定性高的优异效果。
4.本发明采用的多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜的制备方法，设计巧妙，简单可行，且制备出的具有多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜具有较高的化学稳定性和热稳定性以及优异的机械耐久性，Bi2Se3/PDMS共形薄膜作为晶体管压力传感器的受力层和栅极能够获得较高的灵敏度，降低器件迟滞；并且在大的压力范围内保持较高的灵敏度；较快的响应时间，高检测极限以及较好的循环稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明提供的柔性压力传感器的截面结构示意图。
图2A至2D为本发明提供的柔性压力传感器的工作原理图。
图3A至3C为本发明制备的具有多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜结构示意图。
图4为本发明制备的Bi2Se3纳米花的SEM图。
图5为本发明提供的柔性压力传感器的等效电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
应该注意的是，本发明中使用的“第一”、“第二”等仅用于区分不同对象，而不意味着这些对象之间具有任何特定顺序关系。术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制。除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供的多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其截面结构如图1所示，该柔性压力传感器包括柔性基底1、源电极2、漏电极7、栅电极5、沟道层3、栅介质层6和力接收层4，所述源电极2、漏电极7位于基底1上，所述栅介质层6位于源电极2、漏电极7和沟道层3之上，所述力接收层4的下表面均匀分布栅电极5，栅电极5位于栅介质层6之上。源电极2、漏电极7为叉指电极，所述沟道层3设置在叉指电极的沟道内。力接收层4的下表面包括向下凸起的、至少三种尺寸的多级微结构，力接收层4与栅电极5共同构成具有多级微结构的共形力敏层作为受力层。
图2A至2D示出了本发明的柔性压力传感器受外力作用时的工作原理图。其中，图2A表示传感器未受力的情况，如图2B至2D所示，当力接收层4受到外力作用时，栅极发生形变，引起介质层电容Ccap发生变化。随着压力的增加，多级微结构逐渐与介质层接触。图2B中尺寸最大的第一微结构801与栅介质层接触发生形变，第二微结构802刚与栅介质层接触发生较小形变；图2C中尺寸较大的第二微结构802发生较大接触形变，第三微结构803刚与栅介质层接触发生较小形变，图2D中三种尺寸的微结构均发生不同程度接触形变，此时压力大小与沟道电流的大小成正比例关系；薄膜晶体管的沟道电流作为传感器的输出信号。
在本发明的一个实施例中，沟道层3的材料为石墨烯，栅电极5为Bi2Se3层，力接收层4的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，具有多级微结构的PDMS表面均匀分布Bi2Se3。多级微结构为至少包括三种尺寸大小的微米级别的微结构，微结构的形状可为棱锥形(金字塔形)、棱柱形、圆柱形、半球形中的一种或多种，还可包括其他合适的形状；多级微结构按照一定的规律周期性排布。图3A至图3C示出了具有不同微结构形状的Bi2Se3/PDMS共形薄膜示意性结构，所述Bi2Se3层与多级微结构共形贴附。其中，图3A示出的多级微结构形状为金字塔，图3B示出的多级微结构为半球形，图3C示出的多级微结构为圆柱体。在图3A-3C所示的实施例中，多级微结构包括尺寸大小比例为3:2:1的第一微结构801、第二微结构802和第三微结构803，图3A中三种尺寸的微结构整体排布形成正方形，尺寸最小的第三微结构均匀排布在正方形外圈，第二微结构均匀排布在正方形内圈，第一微结构排布在正方形中心，三种尺寸的微结构排布形成正方形周期性出现。多级微结构还可以是其他合适的排布方式，如图3B中所示，尺寸较小的第三微结构排布在中心，尺寸较大的第二微结构、第一微结构依次排布在外圈，三种尺寸的微结构排布形成正方形周期性出现。图3C示出了另一种多级微结构的周期性排布方式，三种尺寸的微结构按照从左至右周期性排布。多级微结构的高度为10-200μm，不同尺寸的微结构按照一定的间距均匀排布，间距大小为30-100μm。微结构间的距离设置越小，传感器的迟滞越小。图3A示出的实施例中，边长为10μm、20μm、30μm的金字塔803、802、801以35μm的中心距离依次排布。
本发明还提供多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)基底预处理：清洗基板；(2)在预处理后的基底上制备源电极和漏电极；(3)制备沟道层：采用湿法转移将石墨烯转移至步骤(2)获得的基底上，形成沟道层；(4)在步骤(3)获得的工件上制备栅介质层；(5)制备包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜：对用于生长Bi2Se3的衬底材料的表面进行3D微纳结构化处理，以在衬底材料表面获得多级凹槽结构；在多级凹槽结构的衬底材料表面生长Bi2Se3，得到均匀厚度的纳米花Bi2Se3层；在Bi2Se3层上制备一定厚度的PDMS薄膜，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜；(6)将包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜置于栅介质层之上，多级微结构面向栅介质层，即得多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器。本发明制备的纳米花Bi2Se3层的形貌结构如图4所示，其拥有很大的比表面积和大量的互穿网格结构，当其受到压力时，其导电性能会得到明显的提升。
该晶体管压力传感器的等效电路图如图5，当压力作用在Bi2Se3/PDMS力敏薄膜上时，引起Cgap发生变化，从而引起沟道电流发生变化，源极接地，漏极作为输出端。
优选地，所述步骤(1)基底预处理包括：将基板利用去离子水清洗，再分别在酒精和丙酮中超声清洗5-20min，然后用氮气枪吹干，作为压力传感器的基底。
优选地，所述步骤(2)源电极和漏电极的制备包括：采用真空蒸发沉积技术将电极图案在预处理后的基板上，沉积的条件为10-4Pa和
Figure BDA0002591597730000081
电极沉积厚度约为30nm，源电极和漏电极沟道的长度为20-100μm，沟道宽度为1000-5000μm。
优选地，所述步骤(3)湿法转移石墨烯包括：使用PMMA保护正面石墨烯，通过配置H2O2：HCl：H2O比例为1：2：60的溶液，刻蚀铜箔，以PMMA为支撑，把石墨烯转移到基底上，再使用丙酮浸泡转移好石墨烯的基底，去除PMMA；再用去离子水漂洗。
优选地，所述步骤(4)制备栅介质层包括：采用原子层沉积工艺制备栅介质层，后用光刻胶作掩模在栅介质层表面进行窗口图形化，随后放入体积浓度为85％的磷酸溶液中进行刻蚀，得到栅介质层。
优选地，所述步骤(5)中衬底材料表面的3D微纳结构化处理包括：采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀技术，实现对衬底材料表面的3D微纳结构化。
优选地，所述步骤(5)中在衬底材料表面生长Bi2Se3包括：利用CVD管式生长炉，将30-50mg纯度为99.99％的Bi2Se3固体粉末作为原料，装入石英舟；再将石英舟装进石英管，向管道内泵入7.5mTorr的基压，并用氩气冲洗几次，以去除氧气和水分污染，将衬底材料置于石英管的下游一侧，距离源粉10cm，工作温度保持700℃，整个系统注入到基压为0.75Torr环境中，生长时间为45分钟，获得65-125nm厚度的纳米花Bi2Se3。
优选地，所述步骤(5)中在Bi2Se3表面制备PDMS薄膜包括：配制PDMS与交联剂比例为10：1的液态PDMS，并真空去气泡后取一定量浇筑到Bi2Se3层上，然后放入烘箱中烘干，取出后从衬底上揭下PDMS薄膜层，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，其中PDMS共形薄膜的厚度为400-1000μm。
本发明制备的多级微结构栅薄膜晶体管压力传感器，在可穿戴式电子产品、健康医疗、软体机器人、人机交互等新兴领域具有广泛而重要的应用。
实施例1
多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器制备方法，包括以下步骤：
a.基板预处理：大小为2cm×2cm的PET基板利用去离子水清洗，分别在酒精和丙酮中超声清洗10min，然后用氮气枪吹干，作为压力传感器的衬底。
b.制备源电极、漏电极：金的源极、漏极通过荫模板，真空蒸发沉积电极图案在清洗过的PET基板上，沉积条件为10-4Pa的压力和
Figure BDA0002591597730000101
的速率，厚度约为30nm；源极和漏极为叉指电极，在本实施例中，沟道的长度被定义为100μm,沟道宽度为1000μm。
c.湿法转移石墨烯制备沟道层：使用PMMA保护正面石墨烯，通过配置H2O2：HCl：H2O比例为1：2：60的溶液，刻蚀铜箔。以PMMA为支撑，把石墨烯转移到PET衬底上，随后使用丙酮浸泡转移好石墨烯的衬底，去除PMMA，随后用去离子水漂洗得到沟道层。
d.制备栅介质层：采用原子层沉积(ALD)工艺制备Al2O3栅介质层，后用光刻胶作掩模在Al2O3薄膜表面进行窗口图形化，随后放入体积浓度为85％的磷酸溶液中进行刻蚀，得到栅介质层。
e.Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜制备：取大小为2cm×2cm的云母片，采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀等技术，实现对云母片表面的3D微纳结构化。随后利用CVD管式生长炉在具有微结构的云母片上生长Bi2Se3，将30mg纯度为99.99％的Bi2Se3固体粉末作为原料，装入石英舟。然后，石英舟被装进一个长12英寸直径30毫米的石英管中心。首先将管道泵入7.5mTorr的基压，并用氩气冲洗几次，以去除氧气和水分污染。生长衬底(云母片)置于石英管的下游一侧，距离源粉10cm。由于高纯度Ar气体100(sccm)注入，工作温度保持700℃，整个系统注入到基压为0.75Torr气氛中，生长时间为45分钟。最终得到厚度为65nm的纳米花Bi2Se3薄膜。随后，配制PDMS与交联剂比例为10：1的液态PDMS，并真空去气泡后取一定量浇筑到Bi2Se3层上，然后放入烘箱中烘干，取出后从衬底上揭下PDMS薄膜层，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，其中PDMS共形薄膜的厚度为400μm。所述Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜作为受力层和栅极。
f.将Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜置于栅介质层之上，Bi2Se3栅极面向栅介质层，得到多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器。
实施例2
多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器制备方法，包括以下步骤：
a.基板预处理：大小为2cm×2cm的PET基板利用去离子水清洗，分别在酒精和丙酮中超声清洗10min，然后用氮气枪吹干，作为压力传感器的衬底。
b.制备源电极、漏电极：金的源极、漏极通过荫模板，真空蒸发沉积电极图案在清洗过的PET基板上，沉积条件为10-4Pa的压力和
Figure BDA0002591597730000111
的速率，厚度约为30nm；源极和漏极为叉指电极，在本实施例中，沟道的长度被定义为50μm,沟道宽度为3000μm。
c.湿法转移石墨烯制备沟道层：使用PMMA保护正面石墨烯，通过配置H2O2：HCl：H2O比例为1：2：60的溶液，刻蚀铜箔。以PMMA为支撑，把石墨烯转移到PET衬底上，随后使用丙酮浸泡转移好石墨烯的衬底，去除PMMA，随后用去离子水漂洗得到沟道层。
d.制备栅介质层：采用原子层沉积(ALD)工艺制备Al2O3栅介质层，后用光刻胶作掩模在Al2O3薄膜表面进行窗口图形化，随后放入体积浓度为85％的磷酸溶液中进行刻蚀，得到栅介质层。
e.Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜制备：取大小为2cm×2cm的云母片，采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀等技术，实现对云母片表面的3D微纳结构化。随后利用CVD管式生长炉在具有微结构的云母片上生长Bi2Se3，将40mg纯度为99.99％的Bi2Se3固体粉末作为原料，装入石英舟。然后，石英舟被装进一个长12英寸直径30毫米的石英管中心。首先将管道泵入7.5mTorr的基压，并用氩气冲洗几次，以去除氧气和水分污染。生长衬底(云母片)置于石英管的下游一侧，距离源粉10cm。由于高纯度Ar气体100(sccm)注入，工作温度保持700℃，整个系统注入到基压为0.75Torr气氛中，生长时间为45分钟。最终得到厚度为85nm的纳米花Bi2Se3薄膜。随后，配制PDMS与交联剂比例为10：1的液态PDMS，并真空去气泡后取一定量浇筑到Bi2Se3层上，然后放入烘箱中烘干，取出后从衬底上揭下PDMS薄膜层，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，其中PDMS共形薄膜的厚度为600μm。所述Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜作为受力层和栅极。
f.将Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜置于栅介质层之上，Bi2Se3栅极面向栅介质层，得到多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器。
实施例3
多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器制备方法，包括以下步骤：
a.基板预处理：大小为2cm×2cm的PET基板利用去离子水清洗，分别在酒精和丙酮中超声清洗10min，然后用氮气枪吹干，作为压力传感器的衬底。
b.制备源电极、漏电极：金的源极、漏极通过荫模板，真空蒸发沉积电极图案在清洗过的PET基板上，沉积条件为10-4Pa的压力和
Figure BDA0002591597730000121
的速率，厚度约为30nm；源极和漏极为叉指电极，在本实施例中，沟道的长度被定义为20μm,沟道宽度为5000μm。
c.湿法转移石墨烯制备沟道层：使用PMMA保护正面石墨烯，通过配置H2O2：HCl：H2O比例为1：2：60的溶液，刻蚀铜箔。以PMMA为支撑，把石墨烯转移到PET衬底上，随后使用丙酮浸泡转移好石墨烯的衬底，去除PMMA，随后用去离子水漂洗得到沟道层。
d.制备栅介质层：采用原子层沉积(ALD)工艺制备Al2O3栅介质层，后用光刻胶作掩模在Al2O3薄膜表面进行窗口图形化，随后放入体积浓度为85％的磷酸溶液中进行刻蚀，得到栅介质层。
e.Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜制备：取大小为2cm×2cm的云母片，采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀等技术，实现对云母片表面的3D微纳结构化。随后利用CVD管式生长炉在具有微结构的云母片上生长Bi2Se3，将50mg纯度为99.99％的Bi2Se3固体粉末作为原料，装入石英舟。然后，石英舟被装进一个长12英寸直径30毫米的石英管中心。首先将管道泵入7.5mTorr的基压，并用氩气冲洗几次，以去除氧气和水分污染。生长衬底(云母片)置于石英管的下游一侧，距离源粉10cm。由于高纯度Ar气体100(sccm)注入，工作温度保持700℃，整个系统注入到基压为0.75Torr气氛中，生长时间为45分钟。最终得到厚度为125nm的纳米花Bi2Se3薄膜。随后，配制PDMS与交联剂比例为10：1的液态PDMS，并真空去气泡后取一定量浇筑到Bi2Se3层上，然后放入烘箱中烘干，取出后从衬底上揭下PDMS薄膜层，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，其中PDMS共形薄膜的厚度为1000μm。所述Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜作为受力层和栅极。
f.将Bi2Se3/PDMS多级共形力敏薄膜置于栅介质层之上，Bi2Se3栅极面向栅介质层，得到多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，包括依次设置的基底层、沟道层、栅介质层和力接收层，所述基底层上设置源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极为叉指电极结构，所述沟道层设置在叉指电极的沟道内，所述栅介质层设置在所述源电极、所述漏电极和所述沟道层的上方，所述力接收层的下表面包括向下凸起的、至少三种尺寸的多级微结构，所述力接收层的下表面还包括均匀设置在其上的栅电极，栅电极采用Bi2Se3纳米花层制作，力接收层采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作，在Bi2Se3层上制备一定厚度的PDMS薄膜，即获得包括多级微结构的Bi2Se3/PDMS共形薄膜，在压力作用下，多级微结构发生接触形变，此时压力大小与沟道电流的大小成正比例关系，薄膜晶体管的沟道电流作为传感器的输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，所述多级微结构的形状为棱锥形、棱柱形、圆柱形、半球形中的一种或多种；所述多级微结构的高度为10-200 μm，宽或直径为10-200 μm，不同尺寸的微结构按照一定的间距均匀排布，间距大小为30-100 μm。
3.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，所述沟道层的材料为石墨烯。
4.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，所述源电极和所述漏电极的沟道长度为20-100 μm，沟道宽度为1000-5000μm。
5.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，用于生长Bi2Se3的衬底表面采用激光直写灰度曝光的原理，通过控制曝光剂量的空间分布，实现具有自由曲面微纳结构的光刻胶3D结构的可控制备，并结合干法刻蚀技术，实现对衬底表面的3D微纳结构化。
6.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，所述多级微结构的Bi2Se3/聚二甲基硅氧烷（PDMS）共形薄膜的厚度为400 -1000μm。
7.根据权利要求1所述的一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器，其特征在于，所述多级微结构的Bi2Se3/聚二甲基硅氧烷（PDMS）共形薄膜置于栅介质层之上，多级微结构面向栅介质层。
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