TW201316511A - 裝置及其相關方法 - Google Patents

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Abstract

一種裝置，其包含：一第一層，其係組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極，一第二層，其係組配來利用形成於第一和第二層之間的電場而控制第一層中之電荷載體的密度，以及設置在第一和第二層之間的一第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上之改變和在第一層的電導上之對應改變。

Description

裝置及其相關方法 發明領域
本發明係有關彈性/可伸展電子件、相關方法與裝置之領域，並特別係關係到被組配來感應裝置之實體形變的場效電晶體。所揭露的某些範例觀點/實施例係有關可攜式電子設備，特別是可在使用時手持的所謂的手攜式電子設備(雖然他們在使用時可係被置放在托架上)。這樣的手攜式電子設備包括所謂的個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)。
依據所揭露之一或多個範例觀點/實施例的可攜式電子設備/裝置可提供一或多種音訊/文本/視訊通訊功能(例如，電信通訊、視訊通訊、和/或文本發送、短訊息服務(Short Message Service,SMS)/多媒體訊息服務(Multimedia Message Service,MMS)/電子郵件功能、互動式/非互動式檢視功能(例如，網路瀏覽、導航、電視(TV)/節目檢視功能)、音樂錄製/播放功能(例如，MP3或其他格式和/或(調頻(FM)/調幅(AM))無線電廣播錄製/播放)下載/傳送資料功能、影像攝取功能(例如，利用(例如，內建的)數位相機)、以及遊戲功能。
發明背景
彈性/可伸展電子件容許設備的新形狀因數能夠被製造，並且亦致能基於系統之形變的精緻使用者介面概 念。對於用者介面應用而言，要是能夠檢測系統之目前形狀並/或量測形變之空間分佈，會是很有益的(並且有時候甚至是必要的)。這可利用應變計網路來實現。然而，這樣的系統有笨重、複雜且相當昂貴的傾向。此外，應變計的大尺寸也會限制系統的空間解析度並阻礙設備小型化。
於本文中所揭露的裝置和方法可以是有或沒有解決這個問題。
於本說明書中對於公開在先的文件或任何背景的列表或討論不應被必然地看作是承認此文件或背景為目前科技水準的一部分或為一般常識。本揭露內容的一或多個觀點/實施例可以是有或沒有解決背景議題中之一或多者。
發明概要
依據一第一面向，係提供有一種裝置，其包含：一第一層，其係組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極，一第二層，其係組配來利用形成於第一和第二層之間的電場而控制第一層中之電荷載體的密度，以及設置在第一和第二層之間的一第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的 改變和在第一層之電導上的對應改變。
施加至第三層的應力可為壓縮、拉伸或切變應力。施加至第三層的應力可致使下列中之一或多者：在奈米粒子之位置上的改變、在奈米粒子之形狀上的改變、在奈米粒子之定向上的改變、以及在相鄰奈米粒子間之距離上的改變。在奈米粒子之位置、形狀、定向和/或分隔中之改變可致使在有效電場強度中之改變，及因前者所致的在電氣電導中之改變。
此裝置可被組配成使得在相鄰奈米粒子間之距離上的增加或減少分別會致使在由第一層所經受之場強度上的增加或減少。
此電場可係至少由第二層提供。此電場可係在第一和第二層之間被施加有電位差時形成。此裝置可包含一個本體或基材電極，其係組配成使得此電場係在第二層和本體/基材電極之間被施加有電位差時形成。
第三層可係組配成使得在第三層之平面上的相鄰奈米粒子間之距離在壓縮或拉張應力的一個分量平行於第三層之此平面時改變。此第三層可被組配成使得奈米粒子之定向在切變應力的一個分量平行於第三層之此平面時改變。
此裝置可係組配成使得第一、第二和第三層中之一或多者可作可反逆形變。此裝置可係組配成使得第一、第二和第三層中之一或多者具光透性。
第一和/或第二層可係形成自至少一或多層的石 墨烯。第二層可包含下列中之一或多者：石墨烯、單層石墨烯小板、多層石墨烯小板、碳奈米管網路和金屬奈米導線網絡。在平均上，此多層石墨烯小板可係包含2~10、10~50、50~100或>100個石墨烯層。
此層導電奈米粒子包含一或多個導電奈米粒子單層。在第三層之不同區域/區塊的單層之數量可有所變化。此等導電奈米粒子可為金屬奈米粒子。此等導電奈米粒子可為金奈米粒子。導電奈米粒子的平均直徑可係介於1和1000nm之間、介於5和40nm之間、或介於10和20nm之間。平均無受應力粒子間分隔可係小於或等於1nm。
此裝置可係組配成使得此等導電奈米粒子藉由電容性耦接和量子力學耦接中之一或多者而與彼此電氣式耦接。此等導電奈米粒子的定向、密度和間隔中之一或多者被設計成使得在他們之間能夠有電氣式耦接。
第三層可係形成自至少一種電氣絕緣材料，此電氣絕緣材料係組配來避免在第三層的相鄰導電奈米粒子之間有直接實體接觸。此電氣絕緣材料可係組配來避免在第二層和導電奈米粒子之間有直接實體接觸。此電氣絕緣材料可係組配來避免在第一層和導電奈米粒子之間有直接實體接觸。此電氣絕緣材料可包含界面活性劑。此界面活性劑可包含烷硫醇(alkanethiol)。此界面活性劑可包含十二烷硫醇(dodecanethiol)。
此裝置可包含在第二和第三層之間的又一層。此又一層可包含一種電氣絕緣材料，此電氣絕緣材料係組配 來避免在第二層和導電奈米粒子之間有直接實體接觸。此裝置可包含在第一和第三層之間的又一層。此又一層可包含一種電氣絕緣材料，此電氣絕緣材料係組配來避免在導電奈米粒子和第一層之間有直接實體接觸。這(些)又一層的電氣絕緣材料可包含疏水蛋白(hydrophobin)蛋白質。
此裝置可包含一個基材。第一、第二和第三層可係設置在此基材之頂上。此基材可作可反逆形變。此基材可包含彈性體。此基材可包含下列中之至少一者：聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)和聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)。
此裝置可包含二或更多個通道。各個通道可係組配成使得電荷載體能夠從源極電極流動至汲極電極。此裝置可包含二或更多個閘極電極。各個閘極電極可係組配成能夠利用形成於閘極電極與個別通道之間的電場來控制一或多個通道中之電荷載體之密度。這些通道和閘極電極可被安排來形成一個多工架構。此等二或更多個閘極電極中之至少一者可包含側邊防護部，此等側邊防護部係組配來侷限閘極電極之電場。此等通道可被安排成實質上與彼此平行。此等閘極電極可被安排成實質上與彼此平行。此等通道可被安排成實質上與閘極電極垂直。
此裝置可包含源極和汲極電極。這些源極和汲極電極可包含下列中之一或多者：鉑、鈦、金和石墨烯。
此裝置可為下列中之一或多者：形變感測器、表面塗層、和場效電晶體。
依據又一個面向，係提供一種設備，其包含有於本文中所述的任何裝置。此設備可為下列中之至少一者：一個電子設備、一個可攜式電子設備、一個可攜式通信設備、用於前述設備中之任何一者的一個電子顯示器、或是用於前述設備中之任何一者的一個模組。
依據又一個面向，係提供一種方法，其包含下列步驟：沈積一第一層；在第一層之頂上沈積一第三層；以及在第三層之頂上沈積一第二層，以形成一個裝置，此裝置包含：組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的一第一層；一第二層，其係組配來利用形成於第一和第二層間之電場而控制第一層中之電荷載體之密度；以及設置在第一層和第二層之間的一第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，此第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在第一層之電導上的對應改變。
依據又一個面向，係提供一種方法，其包含下列步驟：提供/使用一種裝置，此裝置包含：組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的一第一層；一第二層，其係組配來利用形成於第一和第二層間之電 場而控制第一層中之電荷載體之密度；以及設置在第一層和第二層之間的一第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，此第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在第一層之電導上的對應改變；以及量測第一層之電導。
此方法可包含：施加應力至此裝置。此方法可包含：檢測由所施加之應力所致的在第一層之電導中之改變。
依據又一個面向，係提供一種裝置，其包含：一個通道，其係組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極，一個閘極電極，其係組配來利用形成於閘極電極和通道之間的電場而控制通道中之電荷載體的密度，以及設置在通道和閘極電極之間的一個屏蔽層，用以將通道屏蔽於此電場之外，其中，此屏蔽層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至屏蔽層時，由通道所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在通道之電導上的對應改變。
依據又一個面向，係提供一種方法，其包含下列步驟： 沈積一個通道層；在通道層之頂上沈積一個屏蔽層；以及在屏蔽層之頂上沈積一個閘極電極，以形成一個裝置，此裝置包含：組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的一個通道層；一個閘極電極，其係組配來利用形成於閘極電極和通道間之電場而控制通道中之電荷載體之密度；以及設置在通道和閘極電極之間的一個屏蔽層，用以將通道屏蔽於此電場之外，其中，此屏蔽層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至屏蔽層時，由通道所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在通道之電導上的對應改變。
依據又一個面向，係提供一種方法，其包含下列步驟：提供/使用一種裝置，此裝置包含：組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的一個通道；一個閘極電極，其係組配來利用形成於閘極電極和通道間之電場而控制通道中之電荷載體之密度；以及設置在通道和閘極電極之間的一個屏蔽層，用以將通道屏蔽於此電場之外，其中，此屏蔽層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至屏蔽層時，由通道所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在通道之電導上的對應改變；以及 量測通道之電導。
於本文中所揭露之任何方法的步驟並不一定要以所揭露之精確順序來進行，除非有明確陳述或為熟於此技者所明確理解。
依據又一個面向，係提供一種電腦程式，其係紀錄在一個載體上，此電腦程式包含被設計來進行於本文中所述之任何方法的電腦碼。
此裝置可包含一個處理器，其係組配來處理此電腦程式之碼。此處理器可為一個微處理器，包括特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)。
本揭露內容係獨立地或以各種組合之方式包括有一或多個對應面向、示範實施例或特徵，無論是否有以組合之方式或獨立地作具體陳述(包括請求)。用於進行所論述之一或多個功能的對應構件亦係落在本揭露內容中。
用於實施所揭露之一或多個方法的對應的電腦程式亦係落在本揭露內容中，並係含括在所說明之一或多個示範實施例中。
上面的概要僅係意欲作為示範性的，而不具限制性。
圖式簡單說明
現在將僅以範例方式參考隨附圖式作說明，在這些圖式中：-圖1示出一個傳統場效電晶體；圖2示出一個場效電晶體，其包含位在閘極電極 與傳導通道之間的一層導電奈米粒子；圖3以平面圖示出圖2之場效電晶體；圖4a示出一個兩親介面活性劑分子；圖4b示出藉由兩親介面活性劑分子而彼此分隔的多個導電奈米粒子；圖5示出藉由電容性耦接和量子力學穿隧而彼此電氣式耦接的多個奈米粒子；圖6a示出在壓縮應力下的這層導電奈米粒子；圖6b示出在拉張應力下的這層導電奈米粒子；圖7示出所計算出的在相鄰奈米粒子間之阻抗在不同偏壓下如何隨著粒子間距離而變化；圖8示出一個石墨烯場效電晶體之電導如何隨著閘極電壓而變化；圖9示出圖2之場效電晶體的電導被預測為如何隨著應變而變化；圖10示出一個給定材料的最大曲率半徑；圖11示出被安排來形成一個多工架構的多個場效電晶體；圖12a示出粒子間分隔如何隨著壓縮和拉張應力而變化；圖12b示出在圖11之多工架構上的應變點；圖12c示出通道2(channel 2)的電導如何在壓縮和拉張應力的影響下隨著時間變化；圖12d示出通道6(channel 6)的電導如何在壓縮 和拉張應力的影響下隨著時間變化；圖13示出包含有於本文中所述之裝置的一個觸控式使用者介面；圖14示出包含有於本文中所述之裝置的一個設備；圖15示出用於造出於本文中所述之裝置的一種方法；圖16示出用於使用於本文中所述之裝置的一種方法；圖17示出一個電腦可讀媒體，其包含有一個電腦程式，用以控制對於本文中所述之裝置的造出和/或使用；並且圖18示出用於製造石墨烯薄膜的一種卷到卷(roll-to-roll)製程方法。
較佳實施例之詳細說明
如於背景部份中所提，利用應變計所形成的形變感測器是笨重、複雜且相當昂貴的。此外，應變計的大尺寸也會限制系統的空間解析度並阻礙設備小型化。現在，將說明可能是有或沒有對此問題提供解決方案的裝置及相關方法。
本裝置包含一或多個場效電晶體(field effect transistor,FET)。FET是一種電晶體，在此種電晶體中，電流係沿著一個傳導通道運送，此傳導通道之電導可藉由控 制橫向電場而受到控制。在一個標準(平面)FET中，如於圖1中所例示的，一個半導體，例如p型矽101，被係支持在(塗附有電氣絕緣層110的)一個基材102上，並連接至金屬源極103和汲極104電極。藉由施加跨此半導體兩邊的電勢差105，電流會分別經由源極和汲極電極而被注入和收集。此半導體在源極和汲極電極之間的電導係藉由一第三電極(透過一個薄介電層107而電容性地耦接的閘極電極106)而被接通和斷開。可藉由量測通過此半導體的電流(例如，利用安培計108)並除以電勢差來判定電導。在p型矽(或另一種p型半導體)的情況中，對於正閘極電壓的施加會耗竭載體(在這個半導體中創造出一個耗竭區域109)並減少電導，而施加負的閘極電壓會導致電荷載體的累積(創造出一個導通區域)及電導的增加。
如於上文中所述的，此通道之電導(至少部份)係由施加至閘極電極的電壓控制。然而，對於感測實體形變來說，此裝置必須對所施加之應力(力量)頗為敏感。為了達到這點，本裝置(圖2)包含位在傳導通道201與閘極電極206之間的一個屏蔽層211，以將電荷載體屏蔽於在閘極電極206與通道201之間所形成的電場之外。此屏蔽層包含有一層導電奈米粒子212(例如，金奈米粒子)，並係組配成使得當壓縮或拉張(或可能是切變)應力被施加至屏蔽層211時，在相鄰奈米粒子212之間的距離會改變。所施加的應力可能也會導致在位置、形狀和/或奈米粒子212之定向上的改變。這進而致使在有效閘極電容上的改變以 及在屏蔽層211中之電荷/電勢分佈上的改變，這會使得通道201所經受的電場之強度產生變化。由於電場會致使在傳導通道201中之電荷載體密度上的改變，並且此通道的電導係與電荷載體密度成比例(電荷載體之移動性也是)，故，由所施加之應力所致的在電場強度上之改變會致使在通道201之電導上的改變。以此方式，本裝置之實體形變可藉由在FET通道201之電導上的改變而被檢測。雖然可將本裝置用於耗竭或增強模式，但於本文中僅說明耗竭模式(即，當中閘極電極的電場在傳導通道中係創造出耗竭區域而非導通區域)。對於量化測量來說，係可在使用本裝置之前先校準電導之於應力的曲線。此外，藉由使用多個FET(稍後會有論述)，便有可能可以判定形變的空間分佈。
可係將傳導通道201和閘極電極206以材料層之形式形成，典型上係圖樣化在基材之頂上。因此，「(傳導)通道」、「閘極電極」、「屏蔽層」和「分離器層」(請見下文)等詞語分別可與「第一層」、「第二層」、「第三層」和「又一層」等詞語作互換使用。
屏蔽層211典型上包含有緊密、高順向度的一個奈米粒子212單層，並係組配成使得在屏蔽層211之平面中，相鄰奈米粒子212之間的距離會在所施加之壓縮或拉張應力的一個分量與屏蔽層211之平面平行時改變。在實務上，這可藉由彎折/區曲、伸展或壓縮此裝置來達成。在一些事例中，施加垂直於屏蔽層211(即，無平行分量)的力量可能會藉由以反方向移開下方的奈米粒子212而改變粒 子間距離。
為了達到上面所提的功能性，此裝置必須包含有彈性和/或可伸展材料。最好是，傳導通道201、閘極電極206、屏蔽層211和支持基材202中之一或多者係形成自可作可反逆形變的材料，以容許重複感測實作。例如，傳導通道201可包含石墨烯；閘極電極206可包含石墨烯、石墨烯小板、碳奈米管網路和金屬奈米導線網絡中之一或多者；屏蔽層211可包含金屬奈米粒子和烷硫醇分子(例如十二烷硫醇)的複合體；並且支持基材202可包含彈性體，例如PDMS或PET。
在一些實施例中，此裝置可亦包含有在閘極電極206與屏蔽層211之間的用於防止在閘極電極206與導電奈米粒子212間之直接實體接觸的一個分離器層213，和/或在屏蔽層211與傳導通道201之間的用於防止在導電奈米粒子212與通道201間之直接實體接觸的一個分離器層214。在這些實施例中，分離器層213、214可包含一種電氣絕緣材料，例如疏水蛋白蛋白質單層，或是一種電氣絕緣聚合物，例如PDMS。
除了具有可作可反逆形變之性質以外，若用來形成傳導通道201、閘極電極206、屏蔽層211和/或支持基材202的材料具光透性，則這也會是相當合意的。這個特徵容許此裝置能夠被整合在觸敏式顯示器(或其他視覺設備部件)上或內，而無任何反面的光學影響。
圖3示出例示於圖2中之裝置的平面圖。然而，在 這個圖中，此裝置進一步在閘極電極兩側上包含有電氣式接地的側邊防護部315，用以侷限電場。這在有複數個閘極電極306被使用時(如稍後將會論述的)是很重要的，否則在相鄰閘極電極之間的串音可能會阻礙此裝置之操作。此外，側邊防護部315有助於使下方的屏蔽層311(電容式地)接地。為了在此裝置形變時使電場之調變最大化，會需要使屏蔽層311有效接地。在屏蔽層311之區域遠大於下方通道301之區域的事例中，奈米粒子的本身電容可能便足以使屏蔽層311接地，而不須額外有側邊防護部315。
屏蔽層的導電奈米粒子412可藉由利用電氣絕緣兩親界面活性劑分子416(圖4a)，例如烷硫醇(譬如十二烷硫醇)，而在實體上彼此分離。在有烷硫醇分子416的情況中，硫醇基417與奈米粒子表面共價鍵結，並且疏水性烷烴鍊418以近乎放射狀的方式自奈米粒子412延伸出去。雖然來自相鄰奈米粒子412的界面活性劑分子416互相貫穿，但當此裝置係處於無受應力狀態中時，他們會避免在奈米粒子412之間的直接實體接觸(圖4b)。在無受應力狀態中，相鄰奈米粒子412之間的平均距離係取決於特定界面活性劑416(即，烷烴鍊長度)，並且可被適當修改。然而，對於界面活性劑的使用並非絕對必需的，並且係可採用其他技術來控制奈米粒子間隔。例如，若這些奈米粒子帶有電荷，則可使用庫倫斥力(Coulombic repulsion)。或者是，若係使用蘭慕爾布羅吉(Langmuir-Blodgett)自組裝來形成單層(請見下文)，則平均粒子間隔會是在蘭慕爾布羅吉 槽中施加至此等奈米粒子的壓縮力的一個函數。
當粒子間分隔小於(差不多)1 nm時，相鄰的奈米粒子512係藉由電容性耦接和量子力學耦接而彼此電氣式耦接(圖5)。於此圖中，「C」和「R T 」等詞彙分別係標示在相鄰奈米粒子512之間的電容和在相鄰奈米粒子512間之隧道位障的電阻。
除了與彼此電容性耦接以外，各個奈米粒子也電容性耦接至周圍環境。如下文所述，當奈米粒子之數量很大的時候，所謂的「本身電容」係可主導屏蔽層之總電容。屏蔽層之總電容(Ctotal)是(一)在閘極電極與屏蔽層之間(Cgate)、(二)在側邊防護部與屏蔽層之間(Cguard)、(三)在屏蔽層與通道之間(Cchannel)、和(四)在屏蔽層與周圍環境之間(Cself)的平行電容之疊加，如由等式1所給定的
圖6a和6b例示出形變的兩種極端狀況。在第一種狀況中(圖6a)，此裝置被壓縮，使得相鄰奈米粒子612彼此碰觸(粒子間分隔→0)。在這個情境中，穿隧電阻實際上為零，並且此單層之行為如同一個連續金屬薄膜(即，量子力學耦接的主導地位大於電容性耦接)。有效閘極電容(即，對傳導通道所經受之電場有所貢獻的電容)係由下式給定
屏蔽層的本身電容係由ncself給定，其中「n」是奈米粒子的數量，並且「cself」是在各個奈米粒子與周圍環境之間的電容。因此，當屏蔽層包含大量的導電奈米粒子612時，有效閘極電容是很微不足道的(即，金屬薄膜完全屏蔽或掩蔽閘極電極)。在這種情況中，傳導通道會經受微不足道的電場，並且此通道的電導會很大(即，耗竭區域很小)。
在第二種狀況中(圖6b)，此裝置被伸展，使得相鄰奈米粒子612與彼此有相當大的隔離(粒子間分隔1nm)。在這個情境中，在相鄰奈米粒子612之間的電容性和量子力學耦接是很微不足道的，並且有效閘極電容可與幾何閘極電容相比。因此，傳導通道會經受閘極電極的完全電場，並且此通道的電導很小(即，耗竭區域很大)。
不若以奈米粒子之數量來考量屏蔽層之總電容，一種更為實際的途徑是，以裝置之實體維度來考量總電容。始於等式1，可將總電容改寫為 其中「ρ」是奈米粒子區域密度，「Ax」是閘極、側邊防護部、通道和屏蔽層的近似面積，並且「cx」是單一個奈米 粒子在電極或者是周圍環境方面的電容。「cself」項係由下式給定 其中「ε0」是自由空間的介電係數，並且「r」是粒子直徑。另一方面，係可將對於x={閘極，防護部，通道}的「cx」項近似為在一個板狀電極前之球體的電容，由下式給定 「γ」是尤拉(Euler)常數，大概等於0.5772，並且t是在奈米粒子與版狀電極之間的距離。若tr且ε=ε0，則屏蔽層之總電容係由下式給定
欲使屏蔽層的本身電容主導總電容，則Ashield Θ(Agate+2Aguard+Achannel)。然而，有一個關鍵條件是，在屏蔽層與接地之間的電容(Cself)要遠大於在閘極電極與屏蔽層之間的電容(Cgate)。若我們將屏蔽層模擬為在具有面積「Agate」和電位「Vgate」的閘極電極與具有面積「Achannel」的通道之間的具有面積「Ashield」的一個連續薄膜(其中Achannel Ashield)，並假設此通道之電位是接地，則可將屏蔽層之電位近似為
因此，只要閘極電極的面積是屏蔽層之總面積的一小部份(例如，<20%、<10%或<5%)，那麼閘極電位將會被有效遮蔽。應強調，等式8只在粒子間穿隧電阻很微不足道時的被壓縮狀態(圖6a)下為真。
此外，在被壓縮狀態中，有一個很重要的效果是，位在閘極電極下面的奈米粒子之電位與不位在閘極電極下面的奈米粒子更為相等。因此，若側邊防護部、周圍環境和/或其他接地電極使屏蔽層中的下方奈米粒子電容性接地，那麼這個接地電位會更有效地被傳導至位在閘極電極下面的奈米粒子，這在傳導通道所經受的電場上有很顯著的影響。
在例示於圖6a和6b中的兩種極端之間，穿隧電阻(量子力學耦接)會隨著粒子間之間隔和偏壓(即，在相 鄰奈米粒子之間的電位差)而以指數方式變化。圖7針對在0.5nm與2.0nm之間的粒子間之間隔和在1V與10V之間的偏壓而例示出此事。雖然在本裝置中並沒有對屏蔽層施加直接電位，但在奈米粒子上會以被施加到此系統中之其他電極/層(包括閘極電極、通道和防護電極)之電位的一個函數而感應出一個電位。在相鄰奈米粒子之間的電位差另外還取決於有關此系統之其他電極的奈米粒子定向。
如先前曾經提過的，傳導通道可係形成自石墨烯。石墨烯是一種雙極材料，其並在所謂的狄拉克點(Dirac point,DP)展現導電性最低限量。在石墨烯通道電導中之隨著閘極電極的改變係例示於圖8中。在不具有任何雜質或缺陷的純本質石墨烯中，DP係位在0V處。然而，在實務上，DP通常會從這個位置偏移，並且甚至可藉由控制石墨烯之摻雜而被調諧。
圖9示出以石墨烯為基礎的FET形變感測器之電導被預測為如何隨著壓縮和拉張應力/應變而變化。當閘極電壓為零時，耗竭區域是很微不足道的，並且此通道的電導很大。這是由此圖頂部的虛線表示。在操作於耗竭模式的傳統FET(即，沒有本裝置的屏蔽層)中，若閘極電極之所施加場的極性是正確的，則此所施加場會減少通道中之電荷載體的密度。這是由此圖底部的虛線表示。然而，當在此結構中加入一個可變形屏蔽層時，導電奈米粒子會有所行動來調變閘極電極的電場。調變的程度(至少部份)係取決於奈米粒子的分隔，而這個，如先前曾經討論過的， 是藉由裝置之實體形變而受到控制。當屏蔽層經受壓縮應變時，此通道的電導會增加，直到它達到最大量為止(對應於例示於圖6a中的情景，於此，奈米粒子形成一個連續金屬薄膜)。當屏蔽層經受拉張應變時，此通道的電導會減少，直到它達到最小量為止(對應於例適於圖6b中的情景，於此，奈米粒子在實體上分隔，並與彼此有效解耦)。然而，應注意，上面所用的「最大量」和「最小量」等詞語係指此通道在一個特定閘極電位上的電導，並且因此係可藉由調整閘極電位而有所變化。
然而，很重要的是，應注意，所施加的閘極電壓不應與石墨烯通道的DP重疊，否則，壓縮和拉張應力會導致相同的輸出電導，而使得難以判定此裝置之實體狀態。
用以致使在通道電導中之改變之屏蔽層的機械形變係可藉由彎折/區曲、壓縮或伸展此裝置和/或包含有此裝置的設備來達成。不同材料容許不同程度的機械形變。可利用下式來對一個給定材料的最大曲率半徑(ρ)(圖10)作近似估計 其中y是材料厚度的一半，並且ε是應變。然而，穿隧電阻在偏壓上的相依性(請見圖7)意味著此系統對機械形變的敏感度係可藉由調整偏壓而針對特定材料或應用來作修 改。所預期的是0.5%~1.0%的敏感度，這可與利用應變計所形成的現有形變感測器相容。
如先前所提，係有可能自多個FET形成一個多工架構，以容許對於形變之空間分佈的量測。圖11例示出一個二維感測器陣列，其包含六個傳導通道1101和五個閘極電極1106。此感測器陣列可亦包含有相鄰於閘極電極1106的側邊防護部，如於先前所述的。各個通道1101被組配成可容許電荷載體從一個源極電極(標示為「s1」到「s6」)流動至一個汲極電極(標示為「d1」到「d6」)，並且各個閘極電極1106被組配成可利用電場來控制電荷載體之密度。各個閘極電極1106的電壓被標示為「Vg1」至「Vg5」。傳導通道1101和閘極電極1106可係形成自(經摻雜的)石墨烯條帶。在這個範例中，通道1101被安排成實質上彼此平行，閘極電極1106被安排成實質上彼此平行，並且通道1101被安排成實質上與閘極電極1106垂直(雖然其他組態也是有可能的)。在這個組態中，各個閘極電極1106能夠控制經由各個不同的通道1101的電流之流動。
圖12a到12d例示出此二維感測器陣列的操作原理。一個脈衝電壓被依序施加到各個閘極電極1206(同時其他閘極電極接地)，並且各個通道1201的電導是被分開量測。
圖12a(以剖面圖)示出在此裝置被彎折時經受壓縮1219和拉張1220應變的屏蔽層1211。如您所見，拉張應變1220致使導電奈米粒子1212被彼此分開，而壓縮應變 1219致使導電奈米粒子1212移動成更靠近在一起。圖12b以平面圖示出此設備。在這個圖中，「cn」一字表示通道「n」，且「gn」一字表示閘極電極「n」。在這個特定的範例中，壓縮1219和拉張1220應變在閘極g2、g3、g7和g8影響通道c2，如分別由虛線橢圓1221和1222所表示的。
圖12c和12d示出通道c2和c6的電導值。首先，請參看圖12d，通道c6的電導並不隨著時間改變。這表示，並沒有任何壓縮或拉張應力在閘極電極g1~g9和通道c6之間的任何交點被施加至此裝置。相反地，圖12c示出，通道c2的電導隨著時間而變化。尤其是，此圖示出，電導在電壓被施加至閘極電極g2和g3的時候減少(相對於與不施加任何應力相關聯的電導而言)，但在電壓被施加至閘極電極g7和g8的時候增加。這些讀數指出拉張應力正被施加至在通道c2與閘極電極g2和g3之間的交點(即，粒子分隔之增加減少了對電場的屏蔽)，並且壓縮應力正被施加至在通道c2與閘極電極g7和g8之間的交點(即，粒子分隔之減少增加了對電場的屏蔽)。
如可從上面的範例中看出的，此多工架構容許使用者判定感測器陣列的哪個通道與閘極的交點正經受壓縮或拉張應變。以此方式，係可能能夠精準地指出所施加的力量，和/或判定形變感測器的整體形狀。在上文中所說明的雖然是一個二維感測器，但也可採用相同的概念來形成一維或三維的感測器。
對本裝置的可能應用包括應變感測、交點撓曲感 測和觸控式使用者介面。例如，若應變對電導曲線已被校準，則可能能夠藉由量測各個通道的電導而判定在此裝置之特定點的應變之程度。這項資訊在營建和電子封裝產業中可能會特別有用。另一方面，係可將形狀檢測使用在交點撓曲感測應用中，像是在運動訓練、運動治療、或甚至是競賽應用中。在此等應用中，使用者會被要求要在實體活動期間內穿上此材料，以監控他/她的實體形態。圖13例示出一個觸控式使用者介面1323。利用在上文中所述的二維感測器陣列，此系統能夠基於電導值而判定在尖筆1324(或使用者之指頭)與介面1323之間的接觸點(壓縮或拉張應力)，並進行對應於所接觸之位置的操作。
此外，若屏蔽層係組配來經受可再現的熱膨脹或收縮，則此裝置可能能夠利用從電導量測所判定出的應變值而被用來推論系統溫度(即，可將其作為熱感測器來使用)。這會需要以溫度對應變作先前校準。
圖14概略例示出一個設備1425，其包含於本文中所述的形變感測器1426。可係將形變感測器1426提供在設備1425的頂部作為表面塗層。設備1425亦包含一個處理器1427和一個儲存媒體1428，他們藉由一個資料匯流排1429而彼此電氣式連接。設備1425可係一個電子設備、一個可攜式電子設備、一個可攜式通信設備、用於前述設備中之任何一者的一個電子顯示器、或是用於前述設備中之任何一者的一個模組。
係將形變感測器1426組配來量測各個通道的電 導(或可能是流經可從中計算出電導的各個通道之電流)，以使得感測器1426的形變能夠被檢測。
處理器1427係藉由提供發訊至其他設備部件和自其他設備部件接收發訊以管理他們的操作，而針對設備1425之一般操作所組配。處理器1427可亦被組配來利用所施加的源極對汲極電壓和電流讀數而計算各個通道的電導。視特定應用而定，處理器1427可利用這個電導資料來定位所施加之力量的位置、判定系統中之應力或應變的位置和幅度、判定系統溫度、和/或計算感測器1426之形狀。
儲存媒體1428係組配來儲存電腦碼，此電腦碼係設計來進行、控制或致能形變感測器1426之造成和/或操作，如參考圖17所述的。儲存媒體1428可亦被組配來儲存其他設備部件之設定。處理器1427可取用儲存媒體1428來取回部件設定，以管理其他設備部件的操作。尤其是，儲存媒體1428可包含一連串先前所量測的通道電流或電導，可自這些通道電流或電導判定出應力或應變的類型(即，壓縮或拉張)和幅度。類似地，儲存媒體1428亦可包含一連串先前所量測的應力或應變，可自這些應力或應變推論出溫度。儲存媒體1428可為暫時性儲存媒體，例如依電性隨機存取記憶體。另一方面，儲存媒體1428亦可為恆久性儲存媒體，例如硬碟驅動器、快閃記憶體或非依電性隨機存取記憶體。
此方法之用來製作裝置1426的主要步驟1530~1532係概略例示在圖15中。同樣地，此方法之用來操作裝 置1426的主要步驟1633~1634係概略例示在圖16中。
如先前所論述的，係可使用石墨烯來形成傳導通道、閘極電極、側邊防護部、可能還有源極和汲極電極。圖18例示出用於製造石墨烯薄膜的一種低成本方法，這些石墨烯薄膜可被利用來在一個彈性支持基材之頂上形成傳導通道。屏蔽層和閘極電極可接著在被製造這些石墨烯通道之頂上。然而，應注意，係有多種用於生成和轉移石墨烯薄膜的不同方法，這些程序中之任何一者皆可被使用來形成於本文中所述之裝置。
此製造程序的第一個步驟是利用化學蒸鍍而在一捲銅箔1837上生成一個石墨烯薄膜1836。為了達到這個，這捲銅箔1837被插入到一個管狀石英反應器中，並以10sccm和180毫托(mTorr)在一道H2流中被加熱到1000℃。銅箔1837接著在不改變流速或壓力的情況下以1000℃被退火約30分鐘。接著，CH4和H2的混和氣體分別以10sccm和10sccm的流速以1.6托(Torr)流動15分鐘。在這之後，銅箔1837在一道壓力為180毫托的H2流中以~10℃/sec的速度被快速冷卻至室溫。
在生成石墨烯薄膜1836之後，一層熱釋放帶1838藉由以~0.2MPa的壓力壓縮在兩個滾筒1839之間的材料而被附接到石墨烯薄膜1836。這個步驟導致石墨烯薄膜1836被夾在熱釋放層1838與銅箔1837之間。下一個步驟是移除銅箔1837。這是藉由使此材料通過銅蝕刻劑1840來達成。如可在圖18中看到的，此材料可係利用一組滾筒1839來運 輸。當使用三個滾筒1839時，此材料被傳遞通過蝕刻劑1840一次，但也可使用更大量的滾筒1839以使此材料接觸蝕刻劑1840多於一次。不若使用滾筒1839，蝕刻劑1840亦可係被噴灑到銅箔1837上，或者是，此材料可係被浸沒在蝕刻劑1840中一段預定時間。可配合這些技術中之任何一者使用輕微的搖動，以近一步有助於移除銅箔1837。在蝕刻銅箔1837以後，此材料被以去離子水潤洗，以移除殘留的任何蝕刻劑1840。此步驟的結果是，僅由一層熱釋放帶1838支持的一個石墨烯薄膜1836。
此程序中的下一個步驟是，將石墨烯薄膜1836從熱釋放層1838轉移至優選基材1841。由熱釋放帶1838所支持的石墨烯薄膜1836和目標基材1841一起被傳遞通過一組經加熱滾筒1842，並被加熱到90~120℃之間達3~5分鐘。在這個溫度下，熱能使得熱釋放帶1838自石墨烯薄膜1836掙脫自由。在這個溫度下對此材料的壓縮亦使得石墨烯薄膜1836能夠黏合至目標基材1841。
此卷到卷程序(如於上文中所述的)導致出單一個連續石墨烯薄膜1836。薄膜1836現在需要被圖樣化到複數個石墨烯條帶內，以形成這許多通道。這可係藉由透過一個遮罩層(以所欲圖樣的形狀被沈積到石墨烯上)而蝕刻石墨烯薄膜1836以將石墨烯自曝露區域(未示於圖中)移除來進行。一旦蝕刻完成，則遮罩層(其可為一個電子抗拒、光阻或聚合物層)可接著被移除。在移除遮罩層之後，屏蔽層211和閘極電極206可接著在石墨烯通道上被製 造，以形成於本文中所述的形變感測器1426。
在製造屏蔽層方面，有許多種不同的技術可以被用來形成奈米粒子單層。一種方法係倚賴對於蘭慕爾布羅吉裝配的使用。在這種方法中，奈米粒子係在水氣界面(water-air surface)被裝配(並且在一開始被妥善分開)，並接著在蘭慕爾布羅吉槽中被壓縮。在持續壓縮時，奈米粒子會自組裝成秩序井然的數個緊密堆積單層。另一種方法係倚賴奈米粒子在兩種不相融相之間的自組裝。這種技術需要以特定方式將奈米粒子功能化，以使得他們在這兩種不相融相中都不會溶解。在這兩種組裝方法中，從液體表面提取出單層的步驟皆可係利用水平或垂直浸漬程序來進行。這涉及使基材與單層有所接觸之行為，以致使單層牢附於基材，而非留存在液體表面上。
閘極電極、側邊防護部、源極電極和汲極電極可係製造自多層石墨烯小板。為了達到這個，係可將電極配方(例如，包含分散在一個傳導聚合物黏結劑中的石墨烯小板)準備成一種墨水，並利用任何標準印刷(包括噴墨、彈性印刷、照相凹版印刷、或是網版印刷或移印)或是塗佈(包括狹縫塗佈(slot coating)、條棒塗佈(bar coating)、桿棍塗佈(rod coating)、氣動刮刀塗佈、滑片進料器塗佈(slide-hopper coating)、或簾幕塗佈(curtain coating))程序來沈積。
此電極配方可係利用下列方法來準備。然而，應注意，係可對所提到的量和參數作變化以成比例放大生 產。首先，基於調整過的赫默斯法(Hummers method)而藉由氧化天然石墨粉末(SP，320目(mesh))來準備氧化石墨烯，如於材料化學期刊(Chem.Mater.)1999年第11卷第771頁起的由N.Kovtyukhova等人所著之標題為「自微米大小的氧化石墨片和多價陽離子層層組裝超薄複合薄膜(Layer-by-Layer Assembly of Ultrathin Composite Films from Micron-Sized Graphite Oxide Sheets and Polycations)」的研究發表所描述的。此氧化石墨烯接著被懸置在超純水(ultra-pure water)裡以產生棕色分散，並受透析管制達4天以完全移除殘餘的鹽和酸。所導致的經純化氧化石墨烯粉末藉由離心作用而被收集並接著被風乾。在這之後，氧化石墨烯粉末被分散到水裡以創造出0.05 wt%的擴散，並接著透過1h的超音波處理而被片狀剝落，在這個程序中，大量的氧化石墨烯粉末被變換成氧化石墨烯小板。這些氧化石墨烯小板接著被散佈在優選傳導性聚合物黏合劑(這會視特定印刷或塗佈程序而定而有所改變)中，並被用作可印刷墨水，以形成電極和/或側邊防護部。不若使用傳導性聚合物黏合劑，石墨烯小板可係被懸置在有機溶劑中。一旦沈積以後，此溶劑便可被蒸發，以留下石墨烯小板層。
圖17概略例示出一個電腦/處理器可讀媒體1735，其依據一個實施例提供一個電腦程式。在這個範例中，電腦/處理器可讀媒體1735是一個碟片，例如多樣化數位光碟(digital versatile disc,DVD)或光碟(compact disc,CD)。在其他實施例中，電腦/處理器可讀媒體1735可為已 被編程以使得能夠實施創新功能的任何媒體。電腦/處理器可讀媒體1735可為可移除記憶體設備，例如記憶條或記憶卡(SD、迷你SD(mini SD)、或微SD(micro SD))。
此電腦程式可包含電腦碼，其係設計來進行、控制或致能下列中之一或多種行為：沈積一第一層；在第一層之頂上沈積一第三層；以及在第三層之頂上沈積一第二層以形成一種裝置，此裝置包含：組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的第一層，組配來利用形成於第一和第二層間之電場而控制第一層中之電荷載體之密度的第二層，以及設置在第一層和第二層之間的第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，此第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在第一層之電導上的對應改變。
此電腦程式可亦被設計來進行、控制或致能下列中之一或多種行為：提供/使用一種裝置，此裝置包含組配來使電荷載體能夠從源極電極流動到汲極電極的一第一層；一第二層，其係組配來利用形成於第一和第二層間之電場而控制通過第一層的電荷載體之密度；以及設置在第一和第二層之間的一第三層，用以將第一層屏蔽於此電場之外，其中，此第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當有應力被施加至第三層時，由第一層所經受的電場之強度會產生變化，而導致在電荷載體密度上的改變和在第一層之電導上的對應改變；以及量測第一層之電導。
已對繪示於這些圖式中的其他實施例提供對應於類似於先前所述之實施例之特徵的指參編號。例如，特徵編號1可亦對應於編號101、201、301等等。這些被編號的特徵可係出現在這些圖式中，但在對這些特定實施例的說明中可能並未被直接指涉。仍已在這些圖式中提供這些特徵，以有助於對進一步實施例之瞭解，尤其是在有關與先前所述類似的實施例之特徵的部份。
熟於此技之讀者會可識出，所提過的任何裝置/設備/伺服器和/或特別提到的裝置/設備/伺服器之其他特徵係可由被以如下方式安排的裝置提供，即，使其成為被組配來僅在被致能(例如，開關被打開，或其他諸如此類者)時實行所欲操作。在這樣的事例中，它們可並不必然要在未被致能(例如，開關關閉之狀態)中使適當軟體載入到作用記憶體中，而僅在被致能(例如，開啟之狀態)中載入適當軟體。此裝置可包含硬體電路和/或韌體。此裝置可包含被載入到記憶體上的軟體。此等軟體/電腦程式可係紀錄在相同的記憶體/處理器/功能性單元上，及/或在一或多個記憶體/處理器/功能性單元上。
在一些實施例中，特別提到的裝置/設備/伺服器可被以適當軟體預先編程以實行所欲操作，並且其中此適當軟體可係藉由使用者下載一個「鑰匙」，例如，以解鎖/致能此軟體及其相關聯功能而使其能作使用。與此等實施例相關聯的優點可包括減少在一個設備需要進一步功能時下載資料的需求，並且這在一個設備被認知為是具有足夠 的容量來儲存此等預先編程之供用於不可由使用者致能之功能的軟體時可以是很有用處的。
會可識出，所提到的任何裝置/電路/元件/處理器係可具有除了所提到之功能以外的其他功能，並且這些功能係可由相同的裝置/電路/元件/處理器實施。所揭露之一或多個面向可涵納相關聯電腦程式的電子分佈以及被紀錄在一個適當載體(例如，記憶體、訊號)上的電腦程式(其可被作來源/輸送編碼)。
會可識出，於本文中所述的任何「電腦」係可包含一或多個個別處理器/處理元件之集合，這些個別處理器/處理元件可係為或不為座落在同一個電路板上，或是一個電路板的同一個區域/位置上，或甚至是同一個設備。在一些實施例中，所提過的任何處理器中之一或多者可係被分散在多個設備上。這些相同或不同的處理器/處理元件可進行於本文中所述的一或多個功能。
會可識出，「發訊」一詞可係指涉作為一連串經發送和/或經接收訊號而被發送的一或多個訊號。這一連串的訊號可包含一個、兩個、三個、四個或甚至是更多個個別訊號成份或不同的訊號，以構成所述發訊。這些個別訊號中之若干或全部可被同時、依次、和/或使其暫時彼此重疊地被發送/接收。
參考對所提到的電腦和/或處理器和記憶體(例如，包括ROM、CD-ROM等等)之任何論述，這些可包含一個電腦處理器、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、現場可規劃閘陣列(field-programmable gate array,FPGA)、和/或其他已被以使得能夠實行此創新功能之方式規劃的硬體部件。
申請人藉此獨立地揭露於本文中所述的各個個別特徵以及二或更多個此等特徵的任何組合，只要是在此等特徵或組合能夠有鑑於熟於此技者的一般通常知識而基於本說明書被整體性地實行的範圍內，不管此等特徵或特徵組合是否解決於本文中所揭露的任何問題，並且不對後附申請專利範圍之範疇造成限制。申請人指出，所揭露之觀點/實施例係可包括任何此種個別特徵或特徵組合。有鑑於前文中之說明，對於熟於此技者而言，很明顯地，係可作出落於本揭露內容之範疇內的各種修改體。
雖然已以施用至其中之不同實施例的方式來示出和描述並指出基本創新特徵，會可瞭解，熟於此技者係可作出在所述之此等設備與方法之形式和細節中的各種省略和代換及變化，而不悖離本發明之精神。例如，係顯然意欲要使以實質上相同之方式實質上進行相同功能以達到相同結果的那些元件和方法步驟的所有組合均落在本發明之範疇內。此外，應可識出，配合所揭露之任何形式或實施例而示出和/或描述的結構和/或元件和/或方法步驟係可被整合在任何其他所揭露或描述或建議的形式或實施例中，作為設計選擇的一般事項。另外，在申請專利範圍中，手段加功能(means-plus-function)子句係意欲要將於本文中所述之結構涵蓋為進行所載功能，且不僅是結構性等 效，等效結構亦然。因此，雖然釘子和螺栓可能並不為結構性等效，因為釘子係運用圓柱型表面來將木製部件鎖固在一起，而螺栓係運用螺旋狀的表面，但在緊固木製部件的環境中，釘子和螺栓可為等效結構。
101‧‧‧p型矽
102、302‧‧‧基材
103、203、303‧‧‧源極
104、204、304‧‧‧汲極
105‧‧‧電勢差
106、206、306、1106‧‧‧閘極電極
107‧‧‧介電層
108‧‧‧安培計
109‧‧‧耗竭區域
110‧‧‧電氣絕緣層
201、301、1101‧‧‧通道
202‧‧‧支持基材
211、311、1211‧‧‧屏蔽層
212、412、512、612、1212‧‧‧奈米粒子
213、214‧‧‧分離器層
315‧‧‧側邊防護部
416‧‧‧界面活性劑分子/烷烴硫醇分子/界面活性劑
1219‧‧‧壓縮應變
1220‧‧‧拉張應變
1221、1222‧‧‧虛線橢圓
1323‧‧‧介面
1324‧‧‧尖筆
1425‧‧‧設備
1426‧‧‧感測器/裝置
1427‧‧‧處理器
1428‧‧‧儲存媒體
1429‧‧‧資料匯流排
1530~1532、1633~1634‧‧‧步驟
1735‧‧‧電腦/處理器可讀媒體
1836‧‧‧薄膜
1837‧‧‧銅箔
1838‧‧‧熱釋放帶/熱釋放層
1839‧‧‧滾筒
1840‧‧‧蝕刻劑
1841‧‧‧基材
1842‧‧‧經加熱滾筒
c1~c9‧‧‧通道
d1~d6‧‧‧汲極電極
g1~g9‧‧‧閘極電極
s1~s6‧‧‧源極電極
圖1示出一個傳統場效電晶體；圖2示出一個場效電晶體，其包含位在閘極電極與傳導通道之間的一層導電奈米粒子；圖3以平面圖示出圖2之場效電晶體；圖4a示出一個兩親介面活性劑分子；圖4b示出藉由兩親介面活性劑分子而彼此分隔的多個導電奈米粒子；圖5示出藉由電容性耦接和量子力學穿隧而彼此電氣式耦接的多個奈米粒子；圖6a示出在壓縮應力下的這層導電奈米粒子；圖6b示出在拉張應力下的這層導電奈米粒子；圖7示出所計算出的在相鄰奈米粒子間之阻抗在不同偏壓下如何隨著粒子間距離而變化；圖8示出一個石墨烯場效電晶體之電導如何隨著閘極電壓而變化；圖9示出圖2之場效電晶體的電導被預測為如何隨著應變而變化；圖10示出一個給定材料的最大曲率半徑；圖11示出被安排來形成一個多工架構的多個場效電晶 體；圖12a示出粒子間分隔如何隨著壓縮和拉張應力而變化；圖12b示出在圖11之多工架構上的應變點；圖12c示出通道2(channel 2)的電導如何在壓縮和拉張應力的影響下隨著時間變化；圖12d示出通道6(channel 6)的電導如何在壓縮和拉張應力的影響下隨著時間變化；圖13示出包含有於本文中所述之裝置的一個觸控式使用者介面；圖14示出包含有於本文中所述之裝置的一個設備；圖15示出用於造出於本文中所述之裝置的一種方法；圖16示出用於使用於本文中所述之裝置的一種方法；圖17示出一個電腦可讀媒體，其包含有一個電腦程式，用以控制對於本文中所述之裝置的造出和/或使用；並且圖18示出用於製造石墨烯薄膜的一種卷到卷(roll-to-roll)製程方法。
101‧‧‧p型矽
102‧‧‧基材
103‧‧‧源極
104‧‧‧汲極
105‧‧‧電勢差
106‧‧‧閘極電極
107‧‧‧介電層
108‧‧‧安培計
109‧‧‧耗竭區域
110‧‧‧電氣絕緣層

Claims (20)

  1. 一種裝置，其包含：一第一層，其係組配來使電荷載體能夠從一個源極電極流動到一個汲極電極，一第二層，其係組配來利用形成於該等第一和第二層之間的一個電場而控制在該第一層中之電荷載體的密度，以及設置在該等第一和第二層之間的一第三層，用以將該第一層屏蔽於該電場之外，其中該第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至該第三層時，由該第一層所經受的該電場之強度會產生變化，而導致在該電荷載體密度上之改變和在該第一層的電導上之對應改變。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中施加至該第三層的該應力是壓縮、拉伸或切變應力。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中施加至該第三層的該應力致使下列中之一或多者：在該等奈米粒子之位置上的改變、在該等奈米粒子之形狀上的改變、在該等奈米粒子之定向上的改變、以及在相鄰奈米粒子間之距離上的改變。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第三層係組配成使得在該第三層之平面上的相鄰奈米粒子間之距離在該應力的一個分量平行於該第三層之該平面時改變。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置係組配成使 得該等第一、第二和第三層中之一或多者可作可反逆形變。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置係組配成使得該等第一、第二和第三層中之一或多者具光透性。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該等第一和/或第二層係形成自至少一或多層的石墨烯。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該層導電奈米粒子包含一或多個導電奈米粒子單層。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置係組配成使得該等導電奈米粒子藉由電容性耦接和量子力學耦接中之一或多者而與彼此電氣式耦接。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該等導電奈米粒子的定向、密度和間隔中之一或多者被設計成使得在他們之間能夠有電氣式耦接。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第三層係形成自至少一種電氣絕緣材料，該電氣絕緣材料係組配來避免在該第三層的相鄰導電奈米粒子之間有直接實體接觸。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中該電氣絕緣材料包含界面活性劑。
  13. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該裝置包含二或更多個通道，各個通道被組配成使得電荷載體能夠從一個源極電極流動至一個汲極電極。
  14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中該裝置包含二或更多個閘極電極，各個閘極電極被組配成能夠利用形成於 該閘極電極與個別該等通道之間的一個電場來控制一或多個通道中之電荷載體的密度。
  15. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該等二或更多個閘極電極中之至少一者包含數個側邊防護部，該等側邊防護部係組配來侷限該閘極電極的該電場。
  16. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該等通道和閘極電極被組配成形成一個多工架構。
  17. 一種設備，其包含如申請專利範圍第1項之裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項之設備，其中該設備是下列中之至少一者：一個電子設備、一個可攜式電子設備、一個可攜式通信設備、用於前述設備中之任何一者的一個電子顯示器、或是用於前述設備中之任何一者的一個模組。
  19. 一種方法，其包含下列步驟：沈積一第一層；在該第一層之頂上沈積一第三層；以及在該第三層之頂上沈積一第二層，以形成一個裝置，該裝置包含：一第一層，其係組配來使電荷載體能夠從一個源極電極流動到一個汲極電極，一第二層，其係組配來利用形成於該等第一和第二層之間的一個電場而控制在該第一層中之電荷載體的密度，及設置在該等第一和第二層之間的一第三層， 用以將該第一層屏蔽於該電場之外，其中該第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至該第三層時，由該第一層所經受的該電場之強度會產生變化，而導致在該電荷載體密度上之改變和在該第一層的電導上之對應改變。
  20. 一種方法，其包含下列步驟：提供/使用一個裝置，該裝置包含：一第一層，其係組配來使電荷載體能夠從一個源極電極流動到一個汲極電極，一第二層，其係組配來利用形成於該等第一和第二層之間的一個電場而控制在該第一層中之電荷載體的密度，及設置在該等第一和第二層之間的一第三層，用以將該第一層屏蔽於該電場之外，其中該第三層包含一層導電奈米粒子，並係組配成使得當應力被施加至該第三層時，由該第一層所經受的該電場之強度會產生變化，而導致在該電荷載體密度上之改變和在該第一層的電導上之對應改變；以及量測該第一層之電導。
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