CN113884226B - 压力传感器、压力传感阵列及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力传感器、压力传感阵列及其制备方法。所述压力传感器包括：薄膜晶体管，包括衬底、底栅电极、绝缘层、源电极和漏电极、半导体层、钝化层和顶栅电极，所述顶栅电极与所述漏电极通过贯穿所述钝化层的互连结构电连接；电阻式压力敏感薄膜，位于所述顶栅电极和所述钝化层上方，且所述电阻式压力敏感薄膜与所述顶栅电极之间具有空隙；顶电极，位于所述电阻式压力敏感薄膜背离所述顶栅电极的表面。本发明将电阻式压力敏感薄膜与薄膜晶体管形成纵向集成，有利于减小所述压力传感器的面积，易于制备高分辨率的传感器阵列。

Description

压力传感器、压力传感阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种压力传感器、压力传感阵列及其制备方法。
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受到广泛的关注，在包括人工电子皮肤、柔性触屏、智能机器人及医疗健康领域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，例如包括电容式、电阻式、压电式和薄膜晶体管式。其中，基于薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)构建柔性压力传感器具有以下优势：(1)所检测的压力信号变化可通过TFT进行信号转化和放大，有利于传感器灵敏度的提升，便于与后续的信号处理电路集成；(2)可利用TFT作为选择开关构建高分辨传感阵列。
基于薄膜晶体管的压力传感器最常用的方法使将压力敏感层作为栅绝缘层。然而，基于这种集成方式的传感器的工作电压需要几十伏甚至上百伏，难以满足实际应用的需求。另一种方式是将压力敏感单元设置在TFT体外，通过电极与TFT器件进行集成。这种方式虽然能够有效地降低所制备的TFT传感器件的工作电压，便于制备，但所感测的信号无法高效地耦合到TFT器件中调控电流的变化，因此所获得的传感灵敏度普遍很低。而且，TFT器件与传感单元采用横向集成的方式，并不适合用于实现高分辨率的压力传感阵列。
因此，如何使得压力传感器在满足低电压工作情况下取得高的灵敏度，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、压力传感阵列及其制备方法，用于提高压力传感器以及压力传感阵列的灵敏度并降低压力传感器以及压力传感阵列的工作电压。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器，包括：
薄膜晶体管，包括衬底、位于所述衬底表面的底栅电极、覆盖所述底栅电极和所述衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、半导体层、钝化层和顶栅电极，所述半导体层覆盖所述源电极、所述漏电极和所述绝缘层，所述钝化层覆盖所述半导体层，所述钝化层的等效单位面积电容大于或者等于所述绝缘层的等效单位面积电容，所述顶栅电极位于所述钝化层上方，所述顶栅电极与所述漏电极通过贯穿所述钝化层的互连结构电连接；
电阻式压力敏感薄膜，位于所述顶栅电极和所述钝化层上方，且所述电阻式压力敏感薄膜与所述顶栅电极之间具有空隙；
顶电极，位于所述电阻式压力敏感薄膜背离所述顶栅电极的表面。
可选的，所述钝化层的材料为聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、三氧化二铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、氮化硅中的一者或者两者以上的组合。
可选的，在沿垂直于所述衬底的顶面的方向上，所述顶栅电极的投影面积大于或者等于所述底栅电极的投影面积，且所述顶栅电极的投影覆盖所述底栅电极的投影。
可选的，所述电阻式压力敏感薄膜朝向所述顶栅电极的表面具有微结构，所述微结构的高度小于或者等于150微米；或者，
所述电阻式压力敏感薄膜内部具有微孔结构，所述微孔结构的孔径小于或者等于150微米。
可选的，所述电阻式压力敏感薄膜包括弹性聚合物材料和导电材料，所述弹性聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚氨基甲酸酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物中的任一种或两种以上，所述导电材料包括导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒中的任一种或两种以上，所述电阻式压力敏感薄膜的厚度小于或等于200微米。
可选的，所述薄膜晶体管为有机薄膜晶体管、碳纳米管薄膜晶体管、非晶氧化物薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管、或者多晶硅薄膜晶体管。
可选的，所述底栅电极、所述源电极、所述漏电极、所述顶栅电极、以及所述顶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、金属纳米颗粒、或者金属氧化物纳米颗粒。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种压力传感阵列，包括多条行驱动线、多条列数据线和一个公共顶电极，还包括：
多个如上述任一项所述的压力传感器，且多个所述压力传感器呈阵列排布；
位于同一行的所述压力传感器的所述底栅电极均电连接至同一条所述行驱动线；
位于同一列的所述压力传感器的所述源电极均电连接至同一条所述列数据线；
所述公共顶电极作为所有所述压力传感器的所述顶电极。
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阵列的制备方法，包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底表面形成多条所述行驱动线和呈阵列排布的多个所述底栅电极，位于同一行的所述底栅电极连接均电连接至同一条所述行驱动线；
形成覆盖多个所述底栅电极、多条所述行驱动线和所述衬底的所述绝缘层；
在所述绝缘层表面形成多条所述列数据线、呈阵列排布的多个所述源电极和呈阵列排布的多个所述漏电极，位于同一列的所述源电极均电连接至同一条所述列数据线；
形成覆盖所述绝缘层、多个所述源电极和多个所述漏电极的所述半导体层；
在所述半导体层的表面形成所述钝化层，所述钝化层中具有贯穿所述钝化层且暴露所述漏电极的通孔；
在所述钝化层表面形成所述顶栅电极、并在所述通孔中形成互连结构，所述互连结构电连接所述顶栅电极和所述漏电极；
形成所述电阻式压力敏感薄膜，所述电阻式压力敏感薄膜的顶面具有所述顶电极；
将所述电阻式压力敏感薄膜的底面与所述顶栅电极贴合，所述电阻式压力敏感薄膜的底面是与所述电阻式压力敏感薄膜的顶面相对的表面。
可选的，形成所述电阻式压力敏感薄膜的具体步骤包括：
提供表面具有规则微结构的模板；
在所述模板具有规则微结构的表面形成所述电阻式压力敏感薄膜；
在所述电阻式压力敏感薄膜背离所述模板的表面形成所述顶电极；
将表面形成有所述顶电极的所述电阻式压力敏感薄膜从所述模板剥离。
本发明提供的压力传感器、压力传感阵列及其制备方法，在薄膜晶体管中将顶栅电极和漏电极连接，通过选择合适的顶电极和底栅电极电压，使薄膜晶体管处于亚阈值区，当电阻式压力敏感薄膜受到压力作用变形时，所述电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻减小，导致输出的电流增加；同时，所述电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻减小也使得薄膜晶体管中顶栅电极的电压增加，导致薄膜晶体管的阈值电压发生偏移，使薄膜晶体管的等效电阻减小；由于薄膜晶体管处于亚阈值区域，顶栅电压变化带来的等效电阻的变化远大于电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻的变化，使输出的电流进一步增加。本发明的薄膜晶体管不仅作为开关使用，同时起到信号放大的作用使压力传感器的灵敏性得到增强；本发明中薄膜晶体管处于亚阈值区时所需的电压小于传统方案中薄膜晶体管处于开态/关态所需的电压，降低了传感器的工作电压。
本发明的压力传感阵列中的压力传感器的电阻式压力敏感薄膜与薄膜晶体管形成纵向(沿垂直于所述衬底顶面的方向)集成，有利于减小所述压力传感器的面积，易于制备高分辨率的传感器阵列。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中压力传感器的截面示意图；
图2是本发明具体实施方式中压力传感阵列的等效电路示意图；
图3是本发明具体实施方式中压力传感阵列的制备方法流程图；
图4-图11是本发明具体实施方式在制备压力传感阵列的过程中主要的工艺结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的压力传感器、压力传感阵列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，图1是本发明具体实施方式中压力传感器的截面示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的压力传感器，包括：
薄膜晶体管，包括衬底100、位于所述衬底100表面的底栅电极101、覆盖所述底栅电极101和所述衬底100的绝缘层102、位于所述绝缘层102表面的源电极103和漏电极104、半导体层105、钝化层106和顶栅电极108，所述半导体层105覆盖所述源电极103、所述漏电极104和所述绝缘层102，所述钝化层106覆盖所述半导体层105，所述钝化层106的等效单位面积电容大于或者等于所述绝缘层102的等效单位面积电容，所述顶栅电极108位于所述钝化层106上方，所述顶栅电极108与所述漏电极104通过贯穿所述钝化层106的互连结构107电连接；
电阻式压力敏感薄膜109，位于所述顶栅电极108和所述钝化层106上方，且所述电阻式压力敏感薄膜109与所述顶栅电极108之间具有空隙；
顶电极110，位于所述电阻式压力敏感薄膜109背离所述顶栅电极108的表面。
具体来说，所述底栅电极101位于所述衬底100的顶面，所述绝缘层102覆盖所述底栅电极101和所述衬底100的顶面。所述源电极103和所述漏电极104位于所述绝缘层102背离所述衬底100的表面(即所述绝缘层102的顶面)。所述半导体层105覆盖整个所述源电极103、部分所述漏电极104和部分所述绝缘层102的顶面。所述钝化层106覆盖所述半导体层105的顶面(即所述半导体层105背离所述衬底100的表面)和未被所述半导体层105覆盖的所述绝缘层102的顶面。所述顶栅电极108位于所述钝化层106的顶面(即所述钝化层106背离所述衬底100的表面)。图案化的所述顶栅电极108未完全覆盖所述钝化层106，因而所述电阻式压力敏感薄膜109位于所述顶栅电极108和所述钝化层106上方。所述互连结构107沿垂直于所述衬底100的顶面的方向贯穿所述钝化层106，且所述互连结构107的一端电连接所述漏电极104、另一端电连接所述顶栅电极108。所述顶电极110覆盖整个所述电阻式压力敏感薄膜109的顶面(即所述电阻式压力敏感薄膜109背离所述顶栅电极108的表面)。将所述钝化层106的等效单位面积电容大于或者等于所述绝缘层102的等效单位面积电容，有助于提高顶栅电极电压对半导体层的电流调控能力。
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或者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，所述底栅电极101、所述源电极103、所述漏电极104、所述顶栅电极108、以及所述顶电极110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、金属纳米颗粒、或者金属氧化物纳米颗粒。
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、铝或镍，所述金属氧化物可以为氧化铟锡或氟掺杂锡氧化物等。
本具体实施方式是以所述源电极103的材料和所述漏电极104的材料与所述底栅电极101的材料相同为例进行说明。本领域技术人员也可以根据实际需要，将所述源电极103的材料、所述漏电极104的材料设置为与所述底栅电极101的材料不同。
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)或聚乙烯醇(PVA)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等。
所述半导体层105的材料可以为有机半导体材料、碳纳米管或是无机的氧化锌(ZnO)、氧化铟镓锌(IGZO)、非晶硅、多晶硅材料。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。在本发明的具体实施方式中，当采用有机半导体材料时，所述源电极103和所述漏电极104表面还具有一单分子层，所述单分子层的材料为聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-共(1,4-苯并-{2,1’，3}-噻二唑)](PFBT)，以改善所述源电极103、所述漏电极104与所述半导体层105之间的接触性能。
所述钝化层106所形成的单位面积电容大于或等于所述绝缘层102所形成的单位面积电容。可选的，所述钝化层106的材料为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、三氧化二铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)中的一者或者两者以上的组合。
可选的，在沿垂直于所述衬底100的顶面的方向上，所述顶栅电极108的投影面积大于或者等于所述底栅电极101的投影面积，且所述顶栅电极108的投影覆盖所述底栅电极101的投影。
为使所述电阻式压力敏感薄膜109对于压力有较高的敏感性，可选的，所述电阻式压力敏感薄膜109朝向所述顶栅电极108的表面具有微结构1091，所述微结构1091的高度H小于或者等于150微米；或者，
所述电阻式压力敏感薄膜109内部具有微孔结构，所述微孔结构的孔径小于或者等于150微米。
以所述电阻式压力敏感薄膜109朝向所述顶栅电极108的表面具有微结构1091为例。所述微结构1091为所述电阻式压力敏感薄膜109朝向所述顶栅电极108的表面上的锯齿状凸起。所述锯齿状凸起的高度小于或者等于150微米。
将所述微结构1091的凹陷深度设置为小于或者等于150微米或者将所述微孔结构的孔径小于或者等于150微米，是为使所述薄膜晶体管打开时电流不受限制，所述电阻式压力敏感薄膜109受力的阻值变化范围与所述薄膜晶体管的等效电阻范围相匹配。
所述电阻式压力敏感薄膜109为弹性导电薄膜，在外界压力作用下会发生形变。可选的，所述电阻式压力敏感薄膜109包括弹性聚合物材料和导电材料(例如所述电阻式压力敏感薄膜109的材料为弹性聚合物与导电材料的混合体)，所述弹性聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚氨基甲酸酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物中的任一种或两种以上，所述导电材料包括导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒中的任一种或两种以上，所述电阻式压力敏感薄膜109的厚度小于或等于200微米。
可选的，所述薄膜晶体管为有机薄膜晶体管、碳纳米管薄膜晶体管、非晶氧化物薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管、或者多晶硅薄膜晶体管。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种压力传感阵列，图2是本发明具体实施方式中压力传感阵列的等效电路示意图。所述压力传感阵列中的所述压力传感器的结构可参见图1。如图1和图2所示，所述压力传感阵列包括多条行驱动线211、多条列数据线221和一个公共顶电极23，所述压力传感阵列还包括：
多个如上述任一项所述的压力传感器，且多个所述压力传感器呈阵列排布；
位于同一行的所述压力传感器的所述底栅电极101均电连接至同一条所述行驱动线211；
位于同一列的所述压力传感器的所述源电极103均电连接至同一条所述列数据线221；
所述公共顶电极23作为所有所述压力传感器的所述顶电极110。
具体来说，多个所述压力传感器呈阵列排布，形成传感器阵列。多条所述行驱动线211形成行驱动线组21，多条所述列数据线221形成列数据线组22。所述行驱动线211的数量与所述传感器阵列的行数一致，所述列数据线221的数量与所述传感器阵列的列数一致。本具体实施方式中可以采用一大面积的所述电阻式压力敏感薄膜109，使得该大面积的所述电阻式压力敏感薄膜109能够同时作为所述压力传感阵列中所有所述压力传感器的所述电阻式压力敏感薄膜，即使得该大面积的所述电阻式压力敏感薄膜能够同时覆盖所述压力传感阵列中所有的所述压力传感器的所述顶栅电极108。
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阵列的制备方法，图3是本发明具体实施方式中压力传感阵列的制备方法流程图，图4-图11是本发明具体实施方式在制备压力传感阵列的过程中主要的工艺结构示意图。本具体实施方式制备的所述压力传感阵列中的压力传感器的结构可参见图1，制备的所述压力传感阵列的等效电路图可参见图2。如图1-图11所示，所述压力传感阵列的制备方法，包括如下步骤：
步骤S31，提供衬底100。
具体来说，可以采用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对所述衬底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。
步骤S32，在所述衬底100表面形成多条所述行驱动线211和呈阵列排布的多个所述底栅电极101，位于同一行的所述底栅电极101连接均电连接至同一条所述行驱动线211，如图4所示。
具体来说，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表面形成所述行驱动线211以及所述底栅电极101。
步骤S33，形成覆盖多个所述底栅电极101、多条所述行驱动线211和所述衬底100的所述绝缘层102，如图5所示。
具体来说，所述绝缘层102的材料为聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)等。可以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形成所述绝缘层102。
步骤S34，在所述绝缘层102表面形成多条所述列数据线221、呈阵列排布的多个所述源电极103和呈阵列排布的多个所述漏电极104，位于同一列的所述源电极103均电连接至同一条所述列数据线221，如图6所示。
具体来说，所述源电极601、漏电极602以及列数据线603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。
步骤S35，形成覆盖所述绝缘层102、多个所述源电极103和多个所述漏电极104的所述半导体层105，如图7所示。
具体来说，所述半导体层105的具体形成方法包括：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、所述源电极103阵列和所述漏电极104表面形成。
在其他具体实施方式中，当所述半导体层105采用半导体材料制成时，在形成所述半导体层105之前，还包括采用自组装方式在所述源电极103和所述漏电极104表面形成单分子层，以改善所述源电极103和所述漏电极104与所述半导体层105的接触。
步骤S36，在所述半导体层105的表面形成所述钝化层106，所述钝化层106中具有贯穿所述钝化层106且暴露所述漏电极104的通孔801，如图8所示。
具体来说，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、所述源电极103、所述漏电极104和所述半导体层105表面形成所述钝化层106。通过采用光刻工艺刻蚀所述钝化层106，以在所述钝化层106中形成沿垂直于所述衬底100的顶面的方向贯穿所述钝化层106且暴露所述漏电极104的所述通孔801。
步骤S37，在所述钝化层106表面形成所述顶栅电极108、并在所述通孔801中形成互连结构107，所述互连结构107电连接所述顶栅电极108和所述漏电极104，如图9所示。
具体来说，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钝化层106表面形成所述顶栅电极108。
步骤S38，形成所述电阻式压力敏感薄膜109，所述电阻式压力敏感薄膜109的顶面具有所述顶电极110，如图10所示。
可选的，形成所述电阻式压力敏感薄膜109的具体步骤包括：
提供表面具有规则微结构1091的模板；
在所述模板具有规则微结构1091的表面形成所述电阻式压力敏感薄膜109；
在所述电阻式压力敏感薄膜109背离所述模板的表面形成所述顶电极110；
将表面形成有所述顶电极110的所述电阻式压力敏感薄膜109从所述模板剥离。
具体来说，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顶电极110。可以采用旋涂或刮涂的方式在模板表面制备所述电阻式压力敏感薄膜109。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；或者采用3D打印的方式制备表面具有规则微结构的聚合物模板；或者采用激光刻蚀的方式在光滑平整的聚合物板表面形成具有规则微结构的模板；或是采用现存的表面带有规则微结构的物体为模板，如砂纸、丝绸和不锈钢网。
步骤S39，将所述电阻式压力敏感薄膜109的底面与所述顶栅电极108贴合，所述电阻式压力敏感薄膜109的底面是与所述电阻式压力敏感薄膜109的顶面相对的表面。
本具体实施方式提供的压力传感器、压力传感阵列及其制备方法，在薄膜晶体管中将顶栅电极和漏电极连接，通过选择合适的顶电极和底栅电极电压，使薄膜晶体管处于亚阈值区，当电阻式压力敏感薄膜受到压力作用变形时，所述电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻减小，导致输出的电流增加；同时，所述电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻减小也使得薄膜晶体管中顶栅电极的电压增加，导致薄膜晶体管的阈值电压发生偏移，使薄膜晶体管的等效电阻减小；由于薄膜晶体管处于亚阈值区域，顶栅电压变化带来的等效电阻的变化远大于电阻式压力敏感薄膜与顶栅电极间的接触电阻的变化，使输出的电流进一步增加。本发明的薄膜晶体管不仅作为开关使用，同时起到信号放大的作用使压力传感器的灵敏性得到增强；本发明中薄膜晶体管处于亚阈值区时所需的电压小于传统方案中薄膜晶体管处于开态/关态所需的电压，降低了传感器的工作电压。
本具体实施方式中的压力传感阵列中的压力传感器的电阻式压力敏感薄膜与薄膜晶体管形成纵向(沿垂直于所述衬底顶面的方向)集成，有利于减小所述压力传感器的面积，易于制备高分辨率的传感器阵列；并且所述薄膜晶体管同时具有开关选择和电学信号转换的功能。
以下为制备如图1和图2所示的压力传感阵列的5个实施例。
实施例1
通过下列具体步骤制备所述压力传感阵列：
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底(即所述衬底100)进行超声清洗，清洗后干燥，采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理所述衬底100表面；
(2)采用真空蒸镀的方式在所述衬底100上制备行驱动线211和薄膜晶体管的底栅电极101；
(3)采用旋涂工艺在所述底栅电极101和所述衬底100上制备PVC绝缘层薄膜，再进行紫外交联加热烘干，形成所述绝缘层102；
(4)采用真空蒸镀的方式在所述绝缘层102上制备列数据线221、薄膜晶体管的源电极103和漏电极104；
(5)采用自组装的方式在薄膜晶体管的源电极103和漏电极104表面修饰一层单分子层PFBT，以改善源电极103、漏电极104与半导体层105的接触；
(6)采用刮涂工艺在绝缘层102、源电极103、漏电极104表面形成有机半导体材料TIPS-pentacene和绝缘材料PS的共混层(即所述半导体层105)，然后以100℃进行退火30分钟以改善半导体层105的结晶；
(7)采用等离子增强化学气相沉积的方式在半导体层105表面制备二氧化硅材料的钝化层106，并采用光刻工艺在所述钝化层106中形成通孔801，使下层的部分漏电极104漏出；
(8)采用磁控溅射和光刻工艺制备的方式在二氧化硅材料的钝化层106表面制备顶栅电极108，并使顶栅电极108与漏电极104连接；
(9)采用化学刻蚀的方式在硅片形成规则倒金字塔形状的微结构1091，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS-炭黑的弹性导电薄膜(即电阻式压力敏感薄膜109)并加热退火以固化PDMS-炭黑薄膜。
(10)采用真空蒸镀方式在PDMS-炭黑薄膜上制备金电极(即所述顶电极110)并将PDMS-炭黑薄膜从硅片上剥离；
(11)将含有规则微结构1091的PDMS-炭黑薄膜的表面与薄膜晶体管的顶栅电极108贴合，形成压力传感阵列。
实施例2
通过下列具体步骤制备所述压力传感阵列：
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对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)采用喷墨打印的方式在衬底上制备行驱动线和薄膜晶体管的底栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在栅电极表面形成二氧化硅绝缘层；
(4)采用喷墨打印的方式在二氧化硅绝缘层上制备列数据线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(5)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；
(6)采用等离子增强化学气相沉积的方式在半导体层表面制备氮化硅钝化层，并采用光刻工艺形成通孔，使下层的部分漏电极漏出；
(7)采用磁控溅射和光刻工艺制备的方式在氮化硅钝化层表面制备顶栅电极，并使顶栅电极与漏电极连接；
(8)采用刮涂的方式在砂纸表面制备PDMS-银纳米颗粒弹性导电薄膜并加热退火以固化PDMS-银纳米颗粒薄膜。
(9)采用旋涂方式在PDMS-银纳米颗粒薄膜上制备银纳米线电极并将PDMS-银纳米颗粒薄膜从硅片上分离；
(10)将含有规则微结构的PDMS-银纳米颗粒薄膜的表面与薄膜晶体管的顶栅电极贴合，形成压力传感阵列。
实施例3
通过下列具体步骤制备所述压力传感阵列：
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对聚酰亚胺(PI)衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干，并采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)利用磁控溅射的方式在衬底上制备行驱动线和薄膜晶体管的底栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在底栅电极表面形成氮化硅绝缘层；
(4)采用磁控溅射的方式在氮化硅绝缘层上制备列数据线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(5)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；
(6)采用等离子增强化学气相沉积的方式在半导体层表面制备三氧化二铝钝化层，并采用光刻工艺形成通孔，使下层的部分漏电极漏出；
(7)采用磁控溅射和光刻工艺制备的方式在三氧化二铝钝化层表面制备顶栅电极，并使顶栅电极与漏电极连接；
(8)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上制备PDMS-银纳米线弹性导电薄膜并加热退火以固化PDMS-银纳米线薄膜；
(9)采用旋涂方式在PDMS-银纳米线薄膜上制备银纳米线电极并将PDMS-银纳米线薄膜从聚合物模板上分离；
(10)将含有规则微结构的PDMS-银纳米线薄膜的表面与薄膜晶体管的顶栅电极贴合，形成压力传感阵列。
实施例4
通过下列具体步骤制备所述压力传感阵列：
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对聚对二甲苯衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干，并采用氧等离子体或紫外光/臭氧处理衬底表面；
(2)利用丝网印刷的方式在衬底上制备行驱动线和薄膜晶体管的底栅电极；
(3)采用旋涂工艺在底栅电极上制备PVC绝缘层薄膜，再进行紫外交联加热烘干；
(4)采用丝网印刷的方式在PVC绝缘层薄膜上制备列数据线、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)采用旋涂工艺在绝缘层和源电极、漏电极表面形成有机半导体层TIPS-PS，然后进行退火以改善有机半导体层的结晶；
(7)采用等离子增强化学气相沉积的方式在半导体层表面制备三氧化二铝钝化层，并采用光刻工艺形成通孔，使下层的部分漏电极漏出；
(8)采用磁控溅射和光刻工艺制备的方式在三氧化二铝钝化层表面制备顶栅电极，并使顶栅电极与漏电极连接；
(9)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，采用刮涂的方式在硅片制备PDMS-多壁碳纳米管弹性导电薄膜并加热退火以固化PDMS-多壁碳纳米管薄膜；
(10)采用旋涂方式在PDMS-多壁碳纳米管薄膜上制备聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸电极并将PDMS-多壁碳纳米管薄膜从聚合物模板上分离；
(11)将含有规则微结构的PDMS-多壁碳纳米管薄膜的表面与薄膜晶体管阵列的顶栅电极贴合，形成压力传感阵列。
实施例5
通过下列具体步骤制备所述压力传感阵列：
(1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对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)利用真空蒸镀的方式在衬底上制备行驱动线和薄膜晶体管的底栅电极；
(3)采用等离子增强化学气相沉积工艺在底栅电极表面形成二氧化硅绝缘层；
(4)采用喷墨打印的方式在二氧化硅绝缘层上制备列数据线、薄膜晶体管的源电极和漏电极；
(5)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；
(6)采用等离子增强化学气相沉积的方式在半导体层表面制备氮化硅钝化层，并采用光刻工艺形成通孔，使下层的部分漏电极漏出；
(8)采用磁控溅射和光刻工艺制备的方式在氮化硅钝化层表面制备顶栅电极，并使顶栅电极与漏电极连接；
(9)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-石墨弹性导电薄膜并加热退火以固化PDMS-石墨薄膜；
(10)采用旋涂方式在PDMS-石墨薄膜上制备碳纳米管电极并将PDMS-石墨薄膜从硅片上分离；
(11)将含有规则微结构的PDMS-石墨薄膜的表面到薄膜晶体管的顶栅电极贴合，形成压力传感阵列。
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 (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
薄膜晶体管，包括衬底、位于所述衬底表面的底栅电极、覆盖所述底栅电极和所述衬底的绝缘层、位于所述绝缘层表面的源电极和漏电极、半导体层、钝化层和顶栅电极，所述半导体层覆盖整个所述源电极、部分所述漏电极和部分所述绝缘层，所述钝化层覆盖所述半导体层、未被所述半导体层覆盖的绝缘层和未被所述半导体层覆盖的所述漏电极，所述钝化层的等效单位面积电容大于或者等于所述绝缘层的等效单位面积电容，所述顶栅电极位于所述钝化层上方，所述顶栅电极与被所述钝化层覆盖的所述漏电极通过贯穿所述钝化层的互连结构电连接；所述薄膜晶体管作为开关使用，且同时起到信号放大的作用，使得所述压力传感器的灵敏性增强；
电阻式压力敏感薄膜，位于所述顶栅电极和所述钝化层上方，且所述电阻式压力敏感薄膜与所述顶栅电极之间具有空隙；
顶电极，位于所述电阻式压力敏感薄膜背离所述顶栅电极的表面，通过选择合适的顶电极电压和底栅电极电压，使薄膜晶体管能够处于亚阈值区。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述钝化层的材料为聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、三氧化二铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、氮化硅中的一者或者两者以上的组合。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在沿垂直于所述衬底的顶面的方向上，所述顶栅电极的投影面积大于或者等于所述底栅电极的投影面积，且所述顶栅电极的投影覆盖所述底栅电极的投影。
4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻式压力敏感薄膜朝向所述顶栅电极的表面具有微结构，所述微结构的高度小于或者等于150微米；或者，
所述电阻式压力敏感薄膜内部具有微孔结构，所述微孔结构的孔径小于或者等于150微米。
5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻式压力敏感薄膜包括弹性聚合物材料和导电材料，所述弹性聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚氨基甲酸酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯共混物中的任一种或两种以上，所述导电材料包括导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒中的任一种或两种以上，所述电阻式压力敏感薄膜的厚度小于或等于200微米。
6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管为有机薄膜晶体管、碳纳米管薄膜晶体管、非晶氧化物薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管、或者多晶硅薄膜晶体管。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述底栅电极、所述源电极、所述漏电极、所述顶栅电极、以及所述顶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、金属纳米颗粒、或者金属氧化物纳米颗粒。
8.一种压力传感阵列，包括多条行驱动线、多条列数据线和一个公共顶电极，其特征在于，还包括：
多个如权利要求1-7中任一项所述的压力传感器，且多个所述压力传感器呈阵列排布；
位于同一行的所述压力传感器的所述底栅电极均电连接至同一条所述行驱动线；
位于同一列的所述压力传感器的所述源电极均电连接至同一条所述列数据线；
所述公共顶电极作为所有所述压力传感器的所述顶电极。
9.一种如权利要求8所述的压力传感阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底表面形成多条所述行驱动线和呈阵列排布的多个所述底栅电极，位于同一行的所述底栅电极连接均电连接至同一条所述行驱动线；
形成覆盖多个所述底栅电极、多条所述行驱动线和所述衬底的所述绝缘层；在所述绝缘层表面形成多条所述列数据线、呈阵列排布的多个所述源电极和呈阵列排布的多个所述漏电极，位于同一列的所述源电极均电连接至同一条所述列数据线；
形成覆盖所述绝缘层、多个所述源电极和多个所述漏电极的所述半导体层；在所述半导体层的表面形成所述钝化层，所述钝化层中具有贯穿所述钝化层且暴露所述漏电极的通孔；
在所述钝化层表面形成所述顶栅电极、并在所述通孔中形成互连结构，所述互连结构电连接所述顶栅电极和所述漏电极；
形成所述电阻式压力敏感薄膜，所述电阻式压力敏感薄膜的顶面具有所述顶电极；
将所述电阻式压力敏感薄膜的底面与所述顶栅电极贴合，所述电阻式压力敏感薄膜的底面是与所述电阻式压力敏感薄膜的顶面相对的表面。
10.根据权利要求9所述的压力传感阵列的制备方法，其特征在于，形成所述电阻式压力敏感薄膜的具体步骤包括：
提供表面具有规则微结构的模板；
在所述模板具有规则微结构的表面形成所述电阻式压力敏感薄膜；
在所述电阻式压力敏感薄膜背离所述模板的表面形成所述顶电极；
将表面形成有所述顶电极的所述电阻式压力敏感薄膜从所述模板剥离。
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