本發(fā)明屬于傳感器，涉及一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器及其制作方法。
背景技術：
1、電子皮膚可以像人體的皮膚一樣具有強大的感知能力，其在可穿戴電子設備領域具有廣泛的應用前景，通過將其覆蓋在人體皮膚表面、假肢表面或者仿生機器人上能夠實現(xiàn)對人體的健康情況進行檢測、醫(yī)療設備的數據采集與反饋以及實時操控等功能。然而能夠實現(xiàn)人體皮膚功能的電子皮膚不僅需要大量的傳感器來監(jiān)控、測試和區(qū)分外界的各種刺激，例如實現(xiàn)外界壓力、溫度、濕度、滑感等的同時監(jiān)測；而且需要各種傳感器能夠微型化以及矩陣化來更好的分辨更小的物體，以貼近人類皮膚的分辨極限，能夠實現(xiàn)面內分布的物理刺激同時檢測以及微小物品的形狀分辨等。然而，目前大多數的傳感器都只有單一傳感功能，難以實現(xiàn)多功能的集成化且單純的物理堆積難以實現(xiàn)微型化，因此亟需擁有多種傳感功能以及高繼承密度的微型傳感器以形成傳感網絡，更加貼近人類皮膚的感知功能。
技術實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器及其制作方法。將磁控濺射薄膜制備技術、飛秒激光微納加工技術、物理掩模版鍍膜技術、紫外臭氧處理技術、陣列化讀取識別技術等相結合，實現(xiàn)單材料雙傳感器的微型化以及高密度集成化。
2、本發(fā)明提供一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器，包括：多個矩陣排列的溫度壓力傳感單元、柔性支撐單元、柔性聚酰亞胺頂板和柔性聚酰亞胺底板；
3、所述柔性支撐單元由柔性pdms或聚酰亞胺薄膜組成，其上表面沉積有第一圖案化電極，其下表面沉積有第二圖案化電極；所述第一圖案化電極由多條橫向排列的電極組成，所述第二圖案化電極由多條縱向排列的電極組成；在橫向排列的電極和縱向排列的電極的交叉點處設有通孔，多個通孔陣列設置在柔性支撐單元上；熱電材料沉積在各個通孔的側壁上，形成多個矩陣排列的溫度壓力傳感單元；各個通孔內的溫度壓力傳感單元分別與對應的橫向排列的電極和縱向排列的電極相連接；所述柔性聚酰亞胺頂板和柔性聚酰亞胺底板分別緊密貼合在柔性支撐單元上、下表面以保護內部的溫度壓力傳感單元、第一圖案化電極和第二圖案化電極；每條電極的兩端分別焊接有信號線。
4、進一步的，所述溫度壓力傳感單元為n型或p型熱電單元。
5、進一步的，所述溫度壓力傳感單元采用無機熱電材料，能同時對溫度和壓力刺激有相對應信號反饋，其直接沉積于柔性支撐單元的通孔側壁上，以保證有良好的柔性；所述溫度壓力傳感單元的上端與第一圖案化電極連接，溫度壓力傳感單元的下端與第二圖案化電極連接。
6、進一步的，所述無機熱電材料采用bi2te3基、snse基、ag2se基材料。
7、本發(fā)明還提供一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，包括：
8、步驟1：利用掩模沉積技術在柔性支撐單元的上表面沉積多條橫向分布的電極，形成第一圖案化電極；
9、步驟2：采用與步驟1相同方法，利用掩模沉積技術在柔性支撐單元的下表面沉積多條縱向分布的電極，形成第二圖案化電極；縱向分布的電極與橫向分布的電極的數量相同；
10、步驟3：采用飛秒激光加工技術，在橫向排列的電極和縱向排列的電極的交叉點處制作側壁平整的通孔，多個通孔陣列設置在柔性支撐單元上；
11、步驟4：采用掩模沉積技術，在加工好的通孔內沉積無機熱電材料，并控制無機熱電材料沉積在通孔側壁及附近，以保證溫度壓力傳感單元的上端和下端能夠分別與第一圖案化電極和第二圖案化電極連接導通，最終形成多個矩陣排列的溫度壓力傳感單元；
12、步驟5：利用紫外臭氧處理技術分別將柔性聚酰亞胺頂板、柔性聚酰亞胺底板與柔性支撐單元的上、下表面鍵合，以保證緊密貼合在一起；
13、步驟6：在每條電極的兩端分別焊接信號線，制成微型柔性溫度-壓力傳感器。
14、進一步的，所述步驟1具體為：
15、步驟1.1：制作沉積電極的圖案化掩模版；
16、步驟1.2：將圖案化掩模版與柔性支撐單元緊密貼合；
17、步驟1.3：利用磁控濺射沉積多條橫向分布的電極。
18、進一步的，所述步驟3具體為：
19、步驟3.1：根據橫向排列的電極和縱向排列的電極的交叉位置，繪制柔性支撐單元上需要去除部分的矩陣加工圖案；
20、步驟3.2：將柔性支撐單元緊密貼合在加工位移臺上，并保證柔性支撐單元表面平整并與飛秒入射光束垂直；
21、步驟3.3：基于矩陣加工圖案，采用小功率入射光，使用振鏡加工平臺進行掃除；
22、步驟3.4：每掃除一遍需要將垂直位移臺進行調整，以保證飛秒激光焦點位于柔性支撐單元上；
23、步驟3.5：重復多次掃除后，直至穿透，加工完成多個矩陣布置在柔性支撐單元的通孔。
24、進一步的，所述步驟4具體為：
25、步驟4.1：制作沉積溫度壓力傳感單元的圖案化掩模版；
26、步驟4.2：將圖案化掩模版與柔性支撐單元緊密貼合，并將通孔對應好；
27、步驟4.3：在貼好掩模版的柔性支撐單元的通孔側壁上均勻沉積無機熱電材料，形成多個矩陣排列的溫度壓力傳感單元，每個溫度壓力傳感單元的上端和下端分別與第一圖案化電極和第二圖案化電極連接導通。
28、進一步的，所述無機熱電材料采用bi2te3基、snse基、ag2se基材料；所述柔性支撐單元采用柔性pdms或聚酰亞胺薄膜。
29、進一步的，所述的無機熱電材料能夠同時響應溫度和壓力。
30、本發(fā)明的一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器及其制作方法，至少具有以下有益效果：
31、1、本發(fā)明所采用的溫度壓力傳感單元可采用bi2te3基、snse基、ag2se基等各種無機材料，可以滿足在不同溫度范圍下的測試以及不同感應范圍的要求。
32、2、本發(fā)明的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器采用上表面橫向分布的10條圖案化電極和下表面縱向分布的10條圖案化電極，通過上下表面的電極交叉讀取信號，便可以實現(xiàn)100個矩陣分布的器件單元的信號讀取，實現(xiàn)微型化和高集成密度下的信號讀取，便于測試分析溫度壓力分布。
33、3、本發(fā)明的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器采用飛秒激光以及振鏡平臺共同加工，熱影響區(qū)小，能夠實現(xiàn)高精度的微納加工，能夠實現(xiàn)傳感器的微型化。
34、4、本發(fā)明的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器利用柔性襯底通孔的側壁沉積無機熱電材料，能夠實現(xiàn)面外傳感，有著更為廣泛的應用空間，而且通過調控無機熱電材料便可以提高傳感靈敏度。
35、5、本發(fā)明的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器所使用的部件均使用柔性材料制備，使其能夠更好的貼合于曲面，能夠實現(xiàn)各種復雜曲面物體表面的溫度壓力傳感。
1.一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器，其特征在于，包括：多個矩陣排列的溫度壓力傳感單元、柔性支撐單元、柔性聚酰亞胺頂板和柔性聚酰亞胺底板；
2.如權利要求1所述的高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述溫度壓力傳感單元為n型或p型熱電單元。
3.如權利要求1或2所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述溫度壓力傳感單元采用無機熱電材料，能同時對溫度和壓力刺激有相對應信號反饋，其直接沉積于柔性支撐單元的通孔側壁上，以保證有良好的柔性；所述溫度壓力傳感單元的上端與第一圖案化電極連接，溫度壓力傳感單元的下端與第二圖案化電極連接。
4.如權利要求3所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述無機熱電材料采用bi2te3基、snse基、ag2se基材料。
5.一種高集成密度的陣列柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，包括：
6.如權利要求5中所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所述步驟1具體為：
7.如權利要求5中所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所述步驟3具體為：
8.如權利要求5中所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所述步驟4具體為：
9.如權利要求8中所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所述無機熱電材料采用bi2te3基、snse基、ag2se基材料；所述柔性支撐單元采用柔性pdms或聚酰亞胺薄膜。
10.如權利要求8中所述的高集成密度的微型柔性溫度-壓力傳感器的制作方法，其特征在于，所述的無機熱電材料能夠同時響應溫度和壓力。