[发明专利]摩擦电子学晶体管及应用其的力、磁场传感器

说明书

摩擦电子学晶体管及应用其的力、磁场传感器，其中，摩擦电子学晶体管包括：场效应晶体管，包括：基底层；沟道层，位于基底层上表面；电极，位于沟道层上表面，包括独立分布的源极和漏极，源极和漏极的部分延伸出沟道层的边缘；绝缘摩擦层，位于电极上表面的部分区域及未被覆盖的沟道层上表面；以及移动摩擦层，位于绝缘摩擦层上方，通过移动改变与绝缘摩擦层的接触/分离状态。通过绝缘摩擦层与移动摩擦层之间的接触/分离状态的改变，摩擦起电产生静电势，以调控沟道层中载流子的输运，进而可调控漏、源电极之间电流的大小，从而有效替代传统晶体管中门电极的供电电压。

技术领域

本发明属于摩擦电子学领域，更具体地涉及一种摩擦电子学晶体管及应用其的力、磁场传感器。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，电子设备的需求量不断增加，并朝着便携、透明、柔性、可穿戴和灵活的方向发展。而当今物联网迅猛发展又需要将外界环境与电子产品密切联系，柔性电子设备凭借其特殊的优点在可穿戴电子设备和人机交互领域受到广泛的关注。以场效应晶体管为基础的柔性电子设备能够有效的实现人机交互，在可穿戴电子设备，电子皮肤和智能传感领域具有巨大的应用前景。然而，传统的基于场效应晶体管的电子器件通常是由电信号触发或启动的，缺乏外部环境和电子设备之间的主动式动态交互机制。

发明内容

基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种摩擦电子学晶体管及应用其的力、磁场传感器，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，提出一种摩擦电子学晶体管，包括：场效应晶体管及移动摩擦层，其中场效应晶体管包括：基底层；沟道层，位于基底层上表面；电极，位于沟道层上表面，包括独立分布的源极和漏极，源极和漏极的部分延伸出沟道层的边缘；绝缘摩擦层，位于电极上表面的部分区域及未被覆盖的沟道层上表面；以及移动摩擦层，位于绝缘摩擦层上方，通过移动改变与绝缘摩擦层的接触/分离状态。

在本公开的一些实施例中，上述沟道层的材质包括p/n型并五苯、p/n型石墨烯、氧化锌、聚噻吩、富勒烯、聚三芳胺、聚3-己基噻吩、聚2噻蒽并噻吩或二硫化钼。

在本公开的一些实施例中，上述绝缘摩擦层的材质与移动摩擦层的材质为位于摩擦电极序列不同位置的材料。

在本公开的一些实施例中，上述绝缘摩擦层相对于移动摩擦层的电极序为正，以使沟道层形成耗尽区；或者上述绝缘层相对于移动摩擦层的电极序为负，以使沟道层形成增强区。

在本公开的一些实施例中，上述绝缘摩擦层包括自下而上叠置的绝缘层和摩擦层，摩擦层的主体材质为摩擦材料；绝缘层的材质包括无机氧化物或高分子聚合物。

在本公开的一些实施例中，上述源极和漏极之间的间距为60～100μm；绝缘摩擦层的厚度为300～500nm。

在本公开的一些实施例中，上述移动摩擦层与绝缘摩擦层之间的分离距离的范围为0-20mm。

在本公开的一些实施例中，上述基底层的材质包括聚对苯二甲酸乙二酯塑料、聚酰亚胺膜、聚醚砜树脂，聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷。

在本公开的一些实施例中，上述基底层表面镀有五氧化二钽。

为了实现上述目的，作为本公开的另一个方面，提出一种摩擦电子学晶体管力传感器，包括；上述的摩擦电子学晶体管；以使绝缘摩擦层和移动摩擦层在外力作用下改变接触/分离状态，通过对沟道电流的调控实现对外力的传感。

在本公开的一些实施例中，上述摩擦电子学晶体管力传感器，还包括支撑结构，置于移动摩擦层与绝缘摩擦层之间。

在本公开的一些实施例中，上述支撑结构置于移动摩擦层与绝缘摩擦层之间的边缘位置。