本發明屬于壓力傳感器，具體為一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器及其制備方法。

背景技術：

1、壓力傳感器技術廣泛應用于多個領域，包括可穿戴設備、工業自動化、醫療健康監測和消費電子等。通過感知外界施加的物理壓力，將這些力的變化轉化為電信號，幫助設備實時監測環境或用戶的生理狀況。在可穿戴設備中，壓力傳感器能夠檢測用戶的呼吸、步態等生命體征；在工業自動化中，它們則用于精密的負載和壓力控制；在現代醫療設備中，壓力傳感器還用于實時監測病人的血壓和呼吸等關鍵健康參數。隨著柔性電子和物聯網設備的興起，壓力傳感器技術也在不斷進步，以滿足日益復雜的應用場景對靈敏度、精確度、響應時間和工作穩定性的要求。

2、當前主流的壓力傳感器類型包括壓電式、壓阻式和電容式等，這些器件的靈敏度通常在設計和制造階段就已確定，難以在實際使用過程中進行調節，限制了其在醫療健康監測和柔性電子設備等領域的應用。目前有大量的研究通過構筑微結構(如金字塔狀，柱狀，多孔結構等)來提高壓力傳感器性能，但是這些工藝往往存在復雜性高、設備價格高昂和能耗較大的問題。此外，大多數現有的柔性壓力傳感器靈敏度不足，檢測范圍有限，難以有效識別微弱的生理信號。因此，需要提供一種能夠兼顧高靈敏度、寬檢測范圍及簡化制造流程的新型壓力傳感器。

技術實現思路

1、發明目的：為解決現有壓力傳感器的靈敏度難以在實際使用過程中進行調節的問題，以及為解決現有壓力傳感器的工藝復雜性高、檢測范圍有限等問題，本發明提出了一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器及其制備方法，通過調節柵極電壓和源漏電壓，能夠在不改變傳感器材料的情況下，實現高靈敏度、寬檢測范圍及簡化制造流程的新型壓力傳感器。

2、技術方案：一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，包括：柔性電極襯底、半導體層和作為柵極的壓力敏感層；所述柔性電極襯底包括有源漏電極和導電溝道；所述半導體層包括活性層和墊片，所述活性層完全覆蓋源漏電極和導電溝道，且與源漏電極物理接觸；所述墊片設置在活性層上，且該墊片對應設置在導電溝道的兩側；所述壓力敏感層位于墊片上，形成懸浮柵結構；

3、當柔性壓力傳感器受到外界壓力時，壓力敏感層發生形變，改變活性層的載流子遷移率，實現對外界壓力的靈敏檢測；

4、通過調節源漏電壓和柵極電壓，調節柔性壓力傳感器的靈敏度。

5、進一步的，所述柔性電極襯底還包括：柔性基底，所述源漏電極嵌入到柔性基底中形成柔性電極襯底。

6、進一步的，所述活性層為采用自組裝方式得到的聚(3-己基噻吩)薄膜。

7、進一步的，所述墊片采用聚二甲基硅氧烷材料。

8、進一步的，所述壓力敏感層為離子凝膠層。

9、進一步的，還包括封裝層，所述封裝層覆蓋在壓力敏感層上。

10、本發明公開了一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

11、步驟1：將聚酰亞胺掩膜版貼在玻璃基板上，然后滴涂銀納米線分散液，固化后，撕去聚酰亞胺掩膜版，形成源漏電極和晶體管導電通道；

12、步驟2：混合主劑二甲基硅氧烷和交聯劑，旋涂在源漏電極上并加熱固化，形成柔性電極襯底；

13、步驟3：將聚(3-己基噻吩)溶于甲苯后滴在水面形成納米膜，將形成的納米膜轉移至源漏電極上，完全覆蓋導電溝道，形成活性層；

14、步驟4：制備聚二甲基硅氧烷墊片，將其切割成小片，將其設置在活性層上，且該墊片對應設置在導電溝道的兩側；

15、步驟5：將聚合物p(vdf-hfp)、離子液體[emim][tfsi]和丙酮混合，旋涂在墊片上，加熱固化，形成壓力敏感層；

16、步驟6：混合主劑二甲基硅氧烷和交聯劑，旋涂成封裝層，放置在壓力敏感層上方，覆蓋在離子凝膠上。

17、有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

18、(1)本發明通過設計懸浮柵極晶體管結構，使得柵極電壓與源漏電壓能夠分別控制傳感器的靈敏度；懸浮柵極設計不僅提高了傳感器在不同壓力下的檢測精度，還可以通過獨立調節柵極電壓和源漏電壓，使傳感器靈敏度得到動態調控，通過這種方法，本發明的壓力傳感器可以靈活適應多種應用場景，無需改變材料和微結構即可實現精確度和靈敏度的優化；

19、(2)本發明通過對封裝層進行設計，進一步增強了器件的穩定性與耐用性，使其適用于柔性電子設備和可穿戴設備中的高要求應用；

20、(3)本發明方法具有低成本、工藝簡單等優點，在柔性壓力傳感器領域能夠廣泛應用。

技術特征：

1.一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：包括：柔性電極襯底、半導體層和作為柵極的壓力敏感層；所述柔性電極襯底包括有源漏電極和導電溝道；所述半導體層包括活性層和墊片，所述活性層完全覆蓋源漏電極和導電溝道，且與源漏電極物理接觸；所述墊片設置在活性層上，且該墊片對應設置在導電溝道的兩側；所述壓力敏感層位于墊片上，形成懸浮柵結構；

2.根據權利要求1所述的一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述柔性電極襯底還包括：柔性基底，所述源漏電極嵌入到柔性基底中形成柔性電極襯底。

3.根據權利要求1所述的一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述活性層為采用自組裝方式得到的聚(3-己基噻吩)薄膜。

4.根據權利要求1所述的一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述墊片采用聚二甲基硅氧烷材料。

5.根據權利要求1所述的一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：所述壓力敏感層為離子凝膠層。

6.根據權利要求1所述的一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器，其特征在于：還包括封裝層，所述封裝層覆蓋在壓力敏感層上。

7.一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術總結
本發明公開了一種懸浮柵極晶體管式的靈敏度可調節的柔性壓力傳感器及其制備方法，包括：柔性電極襯底、半導體層和作為柵極的壓力敏感層；柔性電極襯底包括有源漏電極和導電溝道；半導體層包括活性層和墊片，活性層完全覆蓋源漏電極和導電溝道，且與源漏電極物理接觸；墊片設置在活性層上，且該墊片對應設置在導電溝道的兩側；壓力敏感層位于墊片上，形成懸浮柵結構；當柔性壓力傳感器受到外界壓力時，壓力敏感層發生形變，改變活性層的電荷量實現對外界壓力的靈敏檢測；通過調節源漏電壓和柵極電壓，調節柔性壓力傳感器的靈敏度；本發明具有低成本、工藝簡單等優點，在柔性壓力傳感器領域能夠廣泛應用。

技術研發人員：管英士,張瑞瑞,喬晶
受保護的技術使用者：東南大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28