[发明专利]一种电子皮肤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子皮肤及其制备方法。

背景技术

电子皮肤是在柔软的塑料薄膜中，嵌入各种各样的柔性薄膜晶体管和各类传感器，因为和皮肤一样又软又薄，又是贴在皮肤上的电子设备，可以满足人体大面积的要求。电子皮肤不仅可以感受压力和温度，还可以感受光、湿度、紧张以及超声波等，能够通过实时监测脉搏、心跳、体温、肌肉群震动等人体健康生理指标，对人体健康数据变化及时做出反馈，甚至实现疾病的前期预防和诊断。同时还可以配置存储器，还可以具备无线供电、无线数据传输的功能，便于随身携带，进行长时间、连续的医学信号监测。因此该技术打开了通向微型移动健康监测仪的大门。有必要提供一种结构简单、高灵敏度耐用的电子皮肤。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种电子皮肤及其制备方法，该电子皮肤可以同时测量压力和温度，结构简单，工作电压低、功耗小、灵敏度高、传感器信号间的干扰小。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种电子皮肤，在柔性基板上设有氧化物薄膜晶体管、压力传感器和温度传感器，其中所述压力传感器和所述温度传感器分别位于所述柔性基板的两侧，所述氧化物薄膜晶体管包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，所述压力传感器用于驱动所述第一薄膜晶体管，所述温度传感器用于驱动所述第二薄膜晶体管。

优选地，所述柔性基板的材料是厚度为10～50μm的聚酰亚胺。

优选地，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管采用同样的顶栅结构，所述压力传感器和所述温度传感器分别设有对应的存储电容。

优选地，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管分别包括漏极、源极、栅极、有源层、第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，其中：

漏极与源极位于同一层，有源层位于对应的漏极与源极所在的层之上且与对应的漏极、源极部分重叠，第一绝缘层覆盖在对应的有源层之上，第二绝缘层覆盖在对应的漏极、源极与第一绝缘层之上，栅极位于对应的第二绝缘层之上；

所述第一薄膜晶体管的源极与所述压力传感器相连，所述第二薄膜晶体管的源极通过所述柔性基板的过孔与所述温度传感器相连。

优选地，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管的漏极、源极、栅极采用金属电极、透明导电电极或碳纳米管；所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管的有源层采用金属氧化物半导体；所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管的第一绝缘层采用SiOx，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管的第二绝缘层采用SiNx。

本发明另外还公开了一种电子皮肤的制备方法，在双面覆有导电材料的柔性基板上通过刻蚀、沉积方法形成第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、压力传感器和温度传感器，其中所述压力传感器和所述温度传感器分别形成于所述柔性基板的两侧。

优选地，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1：在双面覆有导电材料的柔性基板的一侧刻蚀出图案A，所述图案A包括第一薄膜晶体管的源极、漏极和第二薄膜晶体管的源极、漏极；

S2：在所述柔性基板的另一侧刻蚀出图案B，所述图案B包括温度传感器的电极；

S3：在所述图案B连接的柔性基板的对应位置钻孔，并电镀钻孔位置，使得所述图案B与所述图案A电连接；

S4：在图案A上形成半导体层，再在所述半导体层上再沉积绝缘层，在所述半导体层上分别刻蚀出第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的有源层，在所述绝缘层分别刻蚀出第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的第一绝缘层，再在第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的第一绝缘层沉积第二绝缘层；

S5：在第二绝缘层上形成导电层，刻蚀出第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的栅极、以及压力传感器。

优选地，步骤S4具体包括：

S41：在图案A上采用磁控溅射的方法形成金属氧化物半导体层，再在金属氧化物半导体层上采用原子层沉积方法形成SiOx层；

S42：在SiOx层上采用干法刻蚀工艺分别刻蚀出第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的第一绝缘层，在金属氧化物半导体层上采用湿法刻蚀工艺分别刻蚀出第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的有源层；

S43：在第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的第一绝缘层上采用等离子体增强化学气相沉积法形成第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的第二绝缘层，并在第二绝缘层与源极的连接对应位置采用干法刻蚀形成过孔。

优选地，步骤S5具体包括：