[发明专利]一种全无机柔性热敏器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机柔性热敏器件及其制备方法，该器件由柔性衬底，沉积于衬底上的缓冲层，沉积于缓冲层上的热敏薄膜，沉积于薄膜上的分形电极及沉积于电极上的绝缘层组成，采用的溅射方法为直流溅射或射频溅射制成，该器件结构简单，质量轻薄，同时薄膜结晶度较好，粗糙度较小，对温度的灵敏度较好，重复性好，操作简单，实现薄膜的较大面积生长，且生长的薄膜均匀性较好。为柔性热敏器件的研究和开发奠定了基础。通过镀膜工艺与半导体工艺的兼容，实现光刻和离子刻蚀，从而能够更高效的实现柔性器件的产业化生产，实现了热敏薄膜从基础研究向实用化研究转变的过程。适用于各种热敏薄膜，对各类薄膜型热敏电阻器的开发均具有普适性。

技术领域

本发明属于热敏材料技术领域，具体涉及一种全无机柔性热敏器件及其制备方法。

背景技术

便携式和可穿戴电子器件用柔性传感薄膜材料的研究属于国际前沿研究课题。柔性热敏薄膜作为传感材料的重要组成基元在穿戴式医学信号监测等方面具有潜在应用价值。现有柔性热敏薄膜多基于聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等聚合物衬底制备所得，尽管该类材料具有优异的延展性，然而其灵敏度尚有较大的提升空间。为实现体温及时的监测，获得精准的临床相关信息与健康相关的信号，科研人员通过优化制备工艺和设计复合材料等方式不断提升对应薄膜器件的温度响应灵敏度。但因选用聚合物衬底耐受温度过低(不超过350℃)而存在的热敏薄膜选材受限问题减少了柔性器件灵敏度的提升途径。为进一步提升柔性热敏薄膜器件的灵敏度，开展新型柔性热敏薄膜的研究工作成为研究热点。

近年来，全无机柔性电子薄膜材料的研究为新型柔性热敏薄膜的研究提供了独特的解决方案。严格控制薄膜的厚度小于1μm，是实现器件柔性化的前提。常见的无机柔性衬底有氟金云母、金属箔、石墨烯等，这些衬底具备绝缘性好、温度耐受高、化学惰性强、平整度高、稳定性好等优点，但尚未被应用到温度传感薄膜的制备中来。

考虑成本及衬底耐受温度，本发明使用无机柔性材料作为热敏薄膜的衬底，从而实现柔性热敏器件的制备。

发明内容

本发明目的在于，提供一种全无机柔性热敏器件及其制备方法，该器件由柔性衬底，沉积于衬底上的缓冲层，沉积于缓冲层上的热敏薄膜，沉积于薄膜上的分形电极及沉积于电极上的绝缘层组成，采用的溅射方法为直流溅射或射频溅射制成，该柔性热敏薄膜器件结构简单，质量轻薄，同时薄膜结晶度较好，粗糙度较小，对温度的灵敏度较好。可以实现薄膜的较大面积生长，且生长的薄膜均匀性较好。为柔性热敏器件的研究和开发奠定了基础。通过镀膜工艺与半导体工艺的兼容，可以实现光刻和离子刻蚀，从而能够更高效的实现柔性器件的产业化生产。通过本发明所述方法获得的具有缓冲层和绝缘层的柔性热敏薄膜器件，实现了热敏薄膜从基础研究向实用化研究转变的过程。该方法容易实现，重复性好，操作简单，适用于各种热敏薄膜，对各类薄膜型热敏电阻器的开发均具有普适性。

本发明所述的一种全无机柔性热敏器件，该器件由无机柔性衬底(1)、缓冲层(2)、热敏薄膜(3)、分形电极(4)和绝缘层(5)组成，在无机柔性衬底(1)上分别排列若干个均等排列的缓冲层(2)、热敏薄膜(3)、分形电极(4)和绝缘层(5)，在分形电极(4)的上下两端设有电极端口(6)，采用的溅射方法为直流溅射或射频溅射制成，具体操作按下列步骤进行：

a、衬底清洗：将无机柔性衬底(1)依次浸泡在丙酮、无水乙醇、去离子水中，各超声清洗30min，其中所述的柔性衬底(1)包括白云母、金云母、氟晶云母、铜箔、铂箔、石墨烯或碳布，衬底厚度10-30μm；

b、正光刻胶涂敷：将步骤a得到的无机柔性衬底(1)表面旋涂正光刻胶并曝光显影出热敏薄膜(3)的图案；