本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種結(jié)合摩擦發(fā)電機(jī)與阻變存儲(chǔ)器的觸摸傳感記憶器件。

背景技術(shù)：

取法自然一直是科研領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，電子皮膚的研究也受到了世界各大課題組的廣泛關(guān)注。各種各樣的傳感器就是電子皮膚領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)，希望能實(shí)現(xiàn)傳感器高靈敏度、響應(yīng)快速、低成本、低功耗、可組裝的目標(biāo)。例如，引入單電極的摩擦發(fā)電機(jī)作為觸摸傳感器，成功實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)自驅(qū)動(dòng)的觸摸傳感，同時(shí)還能組裝成陣列器件實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)速度、加速度的探測(cè)。然而，對(duì)于一個(gè)完整的傳感系統(tǒng)而言，包括信號(hào)傳感單元與信號(hào)記錄單元。就好像人腦對(duì)觸摸的記憶一樣，人對(duì)物體的觸碰發(fā)生后，皮膚將外界刺激信號(hào)轉(zhuǎn)換，然后傳輸給大腦，由大腦對(duì)刺激信號(hào)進(jìn)行記憶、保存，包括物體的形狀、溫度等。所以，現(xiàn)有傳感器的信號(hào)易失性限制了它們更進(jìn)一步的發(fā)展?，F(xiàn)有的解決方案是將信號(hào)傳感單元與存儲(chǔ)設(shè)備相連，以此對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳感、處理、記錄。然而這些方案都存在著功耗大，存儲(chǔ)要求高，讀取復(fù)雜，連接器件多等缺點(diǎn)，因此需要一種新型的解決方案來(lái)完美地處理這些問(wèn)題。

阻變存儲(chǔ)器是一種兩端器件，阻變材料層置于底、頂電極之間構(gòu)成金屬(M)-絕緣層(I)-金屬(M)的三明治結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以最大限度控制每個(gè)單元的尺寸，提高集成密度，同時(shí)這種兩端器件與其他器件有很好的兼容性，非常便于集成。阻變存儲(chǔ)器中間的阻變層可以在電場(chǎng)的刺激下，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間切換。其非易失特性表現(xiàn)在，阻變層的阻態(tài)不會(huì)隨撤除電壓或者施加小于閾值的電壓而改變。一般來(lái)說(shuō)，電阻狀態(tài)切換的現(xiàn)象是通過(guò)金屬陽(yáng)離子(如銀)和氧離子的遷移實(shí)現(xiàn)的，其中氧化物阻變層的電阻切換，一般是由氧離子的遷移而導(dǎo)致導(dǎo)電細(xì)絲的形成和斷裂引起的。更重要的是，阻變存儲(chǔ)器，也有稱作憶阻器，能很好的模仿神經(jīng)元的可塑性，因此非常適合在傳感系統(tǒng)中承擔(dān)人工大腦的作用，對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行記憶。

摩擦發(fā)電機(jī)通過(guò)對(duì)摩擦產(chǎn)生的響應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦行為的探測(cè)，達(dá)到觸摸信號(hào)傳感的功能。摩擦型的傳感器不僅僅器件本身具有自驅(qū)動(dòng)傳感、相應(yīng)快的特性，而且因其產(chǎn)生的電壓信號(hào)大，完全能作為一種電源來(lái)給信號(hào)存儲(chǔ)單元功能，以此達(dá)到整個(gè)傳感系統(tǒng)的自驅(qū)動(dòng)。然而因摩擦信號(hào)本身存在正負(fù)方向信號(hào)協(xié)同出現(xiàn)的特點(diǎn)，會(huì)存在正向電壓寫(xiě)入，負(fù)向電壓立馬擦除的缺點(diǎn)，這將很大程度上限制其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)合摩擦發(fā)電機(jī)與阻變存儲(chǔ)器的觸摸傳感記憶器件，將阻變存儲(chǔ)器與單電極摩擦發(fā)電機(jī)結(jié)合，利用摩擦型傳感器傳感與電源的雙重功能，將觸摸信號(hào)寫(xiě)入阻變存儲(chǔ)器。而阻變存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)將觸摸信號(hào)記錄下來(lái)，同時(shí)自動(dòng)排除摩擦產(chǎn)生的負(fù)向電壓的影響。構(gòu)建的傳感系統(tǒng)具有自驅(qū)動(dòng)、非易失性的特點(diǎn)，在電子產(chǎn)品、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療設(shè)備制造等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

該觸摸傳感記憶器件包括阻變存儲(chǔ)器基底、阻變存儲(chǔ)器底電極、阻變存儲(chǔ)器阻變層、阻變存儲(chǔ)器頂電極、摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層、摩擦發(fā)電機(jī)底電極和導(dǎo)線；阻變存儲(chǔ)器底電極覆蓋在阻變存儲(chǔ)器基底上，阻變存儲(chǔ)器阻變層覆蓋在阻變存儲(chǔ)器底電極上，阻變存儲(chǔ)器頂電極設(shè)置在阻變存儲(chǔ)器阻變層上，摩擦發(fā)電機(jī)底電極與阻變存儲(chǔ)器頂電極相對(duì)應(yīng)，摩擦發(fā)電機(jī)底電極與阻變存儲(chǔ)器頂電極通過(guò)導(dǎo)線一一連接，摩擦發(fā)電機(jī)底電極覆蓋在摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層上。

其中，阻變存儲(chǔ)器基底表面平整光滑，材料為石英玻璃或絕緣硅。

阻變存儲(chǔ)器底電極為沉積導(dǎo)電薄膜，材料為摻鋁氧化鋅導(dǎo)電薄膜或氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，阻變存儲(chǔ)器底電極厚度為1μm。

阻變存儲(chǔ)器阻變層為沉積介電氧化物薄膜，材料為氧化鋅、氧化鉭、氧化鉿、氧化鋯中的一種，阻變存儲(chǔ)器阻變層厚度為100nm。

阻變存儲(chǔ)器頂電極材料為Au、Pt、Al中的一種，阻變存儲(chǔ)器頂電極厚度為100nm，阻變存儲(chǔ)器頂電極以陣列形式排列在阻變存儲(chǔ)器阻變層上，阻變存儲(chǔ)器頂電極尺寸在1mm×1mm到1μm×1μm之間。

摩擦發(fā)電機(jī)底電極材料為Al、Au、Pt中的一種，摩擦發(fā)電機(jī)底電極厚度為100nm，摩擦發(fā)電機(jī)底電極尺寸小于摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層尺寸，且摩擦發(fā)電機(jī)底電極以陣列形式排列在摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層下，摩擦發(fā)電機(jī)底電極尺寸為1cm×1cm到10cm×10cm。

摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層材料為PTFE、PDMS、FEP中的一種，摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層厚度在10μm到500μm之間。

導(dǎo)線為金屬線，材料為Fe、Cu、Al中的一種。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

上述方案中，將單電極摩擦發(fā)電機(jī)與阻變存儲(chǔ)器集成，構(gòu)建一個(gè)完整的傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸信號(hào)的傳感與記憶，而且成本低廉、功耗低、功能完成、相應(yīng)快速，該器件可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)記錄時(shí)的完全自驅(qū)動(dòng)，不需要外加電源，信號(hào)不會(huì)因摩擦的交變電壓而改變，是一種自驅(qū)動(dòng)的非易失性集成器件，在信息安全、監(jiān)測(cè)、仿生學(xué)、人工智能、電子皮膚等方向有非常大的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)合摩擦發(fā)電機(jī)與阻變存儲(chǔ)器的觸摸傳感記憶器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1集成器件中阻變存儲(chǔ)器的電流電壓曲線；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1集成器件的觸摸電流響應(yīng)。

其中：1-阻變存儲(chǔ)器基底、2-阻變存儲(chǔ)器底電極、3-阻變存儲(chǔ)器阻變層、4-阻變存儲(chǔ)器頂電極、5-導(dǎo)線、6-摩擦發(fā)電機(jī)底電極、7-摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種結(jié)合摩擦發(fā)電機(jī)與阻變存儲(chǔ)器的觸摸傳感記憶器件，如圖1所示，該器件中阻變存儲(chǔ)器底電極2覆蓋在阻變存儲(chǔ)器基底1上，阻變存儲(chǔ)器阻變層3覆蓋在阻變存儲(chǔ)器底電極2上，阻變存儲(chǔ)器頂電極4設(shè)置在阻變存儲(chǔ)器阻變層3上，摩擦發(fā)電機(jī)底電極6與阻變存儲(chǔ)器頂電極4相對(duì)應(yīng)，摩擦發(fā)電機(jī)底電極6與阻變存儲(chǔ)器頂電極4通過(guò)導(dǎo)線5一一連接，摩擦發(fā)電機(jī)底電極6覆蓋在摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層7上。

下面結(jié)合具體實(shí)施例予以說(shuō)明。

實(shí)施例1：

(1)在清洗好的阻變存儲(chǔ)器底電極2，即摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控濺射100nm厚的五氧化二鉭薄膜，即阻變存儲(chǔ)器阻變層3。

(2)使用金屬掩模版在五氧化二鉭薄膜(阻變存儲(chǔ)器阻變層3)表面直流濺射沉積100nm厚1mm×1mm的金電極陣列(阻變存儲(chǔ)器頂電極4)。

(3)在清洗好的PTFE薄膜(摩擦發(fā)電機(jī)摩擦層7)表面，沉積100nm厚的1cm×1cm的鋁電極陣列(摩擦發(fā)電機(jī)底電極6)。

(4)使用導(dǎo)線5將金電極(阻變存儲(chǔ)器頂電極4)和鋁電極(摩擦發(fā)電機(jī)底電極6)一一對(duì)應(yīng)連接。

制備好的器件的電流電壓曲線如圖2所示，觸摸電流響應(yīng)情況如圖3所示。

實(shí)施例2：

其他步驟如實(shí)施例1，只將步驟(2)改為：在清洗好的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控濺射100nm厚的氧化鋅薄膜。

實(shí)施例3：

其他步驟如實(shí)施例1，只將步驟(2)改為：在清洗好的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控濺射100nm厚的氧化哈薄膜。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。