[发明专利]一种氧化物薄膜晶体管式的柔性触觉传感器

说明书

本发明涉及柔性人工电子皮肤，特指一种氧化物薄膜晶体管式的柔性触觉传感器。其包括由上至下的作为上基体的ITO‑PET导电薄膜、PDMS微结构栅介质，源、漏电极和位于两电极之间的沟道，KH550‑GO栅介质、作为下基体的ITO‑PET导电薄膜。KH550‑GO作为第一栅介质；具有微结构的PDMS薄膜作为传感器的第二栅介质层。KH550‑GO固态电解质结构疏松,且具有微介孔通道.此微介孔通道为吸收、储存空气中的水分子以及H质子迁移提供了场所和途径.具有微结构的PDMS第二栅介质可以提高传感器的灵敏度；施加的压力诱导PDMS的微结构发生变化，从而改变了介质层电容，最终沟道电流也会随之变化。

技术领域

本发明涉及柔性人工电子皮肤技术领域，特指一种氧化物薄膜晶体管式的柔性触觉传感器。

背景技术

柔性触觉传感器是属于柔性电子传感器的一种，可以模仿人类触觉感知功能，触觉感知是通过触觉传感元件来识别接触物体和对象的各种物理信息。触觉传感单元通常由具有可延展性的材料或结构制成。传统的触觉传感器按照转换原理的不同，通常可以分为压电式、压阻式、电容式、光电式、电磁式等等。压电式触觉传感器具有很多优点，例如性能稳定、灵敏度高、响应快等，但同样具有不足之处，即处理电路复杂、不能进行静态测量；压阻式触觉传感器的优点是精度高，缺点是性能受到表面弹性层的影响比较大；电容式触觉传感器具有易于柔性化与微型化、动态性能优越等优点，但其对噪音较敏感；光电式触觉传感器的优点是抗干扰性较强，缺点是对于整体的柔性化难以实现；电磁式触觉传感器的优点是动态范围大，线性度好，缺点是容易受到电磁干扰。近年来，氧化物薄膜晶体管在压力传感器领域的应用也引起了广泛的关注，氧化物薄膜晶体管式的压力传感器具备优异的灵活性、低成本以及大面积制造的潜力，而且它还具有信息传导和放大的综合功能。因此，在理论上，氧化物薄膜晶体管是超灵敏压力检测应用的理想选择。

对于以氧化物薄膜晶体管原理设计的柔性触觉传感器，当外力施加时，PDMS膜会发生变形，从而导致电容会随着加载压力的变化而变化，而在恒定栅极电压下，沟道电流也会随之发生变化。为了放大变形效果，还可以改变介质层的结构。潘力佳等人(中国专利申请号：201710042874.7)提供了一种利用具有微结构介质层的高灵敏度电容型柔性压力传感器，微结构介质层的形状存在大小不一的尺寸，进一步扩大可测范围。

本发明专利提供了一种氧化物薄膜晶体管式的柔性触觉传感器；提出KH550-GO和PDMS双栅介质层的结构，并且各栅介质层的结构不同。KH500-GO为薄膜结构，PDMS具备微结构。氧化物薄膜晶体管的柔性触觉传感器将在人工电子皮肤领域具备广阔的应用前景，因此设计和开发具有简单工艺的高灵敏度新型触觉传感器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化物薄膜晶体管式的柔性触觉传感器。(1)利用KH550和GO之间的缩氨反应，采用水浴加热法制备KH550-GO复合溶液。(2)利用旋涂法将KH550-GO复合溶液旋涂在作为下基体的ITO-PET导电薄膜(市场上可以直接买到，具有ITO电极层的PET塑料薄膜)上，烘干后制备成膜，形成第一层栅介质。(3)利用通过磁控溅射技术在制备好KH550-GO薄膜上自组装后形成ITO源漏电极和沟道，其中电极厚度为150nm，沟道厚度为30nm。(4)制备具有微结构的硅模；(5)利用硅模制备具有规则的金字塔型微结构的PDMS，作为第二栅介质层，具体步骤：将制备好的PDMS溶液倒入硅模具之中，并在模具表面形成一层PDMS膜，再将作为上基体的ITO-PET导电薄膜压到上面，在上基体上放置1kg的重物以加强电极层与模具之间的接触，去除挤出多余的PDMS，之后放置70℃-80℃烘台上，将PDMS薄膜固化3h，最后剥离硅模。