CN103682078B

CN103682078B - 压力传感器阵列及其制备方法

Info

Publication number: CN103682078B
Application number: CN201210357207.5A
Authority: CN
Inventors: 王中林; 潘曹峰
Original assignee: Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Current assignee: Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN103682078A

Abstract

本发明提供一种压力传感器阵列及其制备方法，所述压力传感器阵列采用发光PN结作为传感单元，所述发光PN结的P型区和/或N型区的材料为压电材料，当外界应力施加于由发光PN结传感单元阵列组成的压力传感器阵列器件的表面上时，由于应力在该器件表面上的非均匀分布使得在每个发光PN结的压电材料上产生的压电电势场大小不同，从而使为基本像素单元的每个发光PN结的发光强度产生不同程度的变化，通过这种PN结阵列中每个像素点发光强度的变化能够快速得到压力传感器阵列器件的表面上施加的应力信息。

Description

压力传感器阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及压力传感器阵列及其制备方法。

背景技术

相比于发展较为完善的人类其它几种感观(视觉、听觉、嗅觉和味觉)的仿生，触觉的仿生还是一个尚未攻克的难题。因为触觉的仿生需要高分辨率、高灵敏度、快速响应的大面积应力传感器阵列，而目前国际上的研究工作主要集中在单个纳米应力传感器器件上，并研究这些单个纳米应力传感器器件对力的响应。目前斯坦福大学的Z.N.Bao课题组和伯克利的加利福尼亚大学的Ali Javey课题组已经开始研究阵列式压力传感器，该阵列式压力传感器以自组装纳米线、有机场效应管或微结构橡胶为基本单元，利用受力后电阻的改变来得到应力分布。

但是，目前研究的电阻式压力传感器灵敏度不够高，这类电阻式压力传感器采用的是电信号，信号采集的方式是串行采集，所以其速度较慢，而且需要对所得信号进行再处理才能得到应力分布图，不够直观。

另外，现有阵列式压力传感器能够检测的应力分布的分辨率在毫米到厘米量级，远远低于人的皮肤50微米的分辨率；能够实现的阵列还很有限，只有最大19×18个像素点，不适于在指纹识别等领域应用；这类阵列式压力传感器都用到“cross-bar(交叉)”电极，因而制备流程复杂。

发明内容

为了克服上述现有压力传感器不够灵敏和分辨率低的缺陷，本发明提供一种能够克服该缺陷的压力传感器阵列及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种压力传感器阵列，包括；

基底；

位于基底上的半导体薄膜层；

位于所述半导体薄膜层上的纳米线或纳米棒阵列，其中，所述纳米线或纳米棒具有压电性质并与所述半导体薄膜层形成发光PN结，所述纳米线或纳米棒的间隙中填充有介电材料；以及

位于所述纳米线或纳米棒阵列上的上电极和位于所述半导体薄膜层上的下电极。

本发明还提供一种制备压力传感器阵列的方法，该方法包括：

提供基底；

在所述基底上生长半导体薄膜层；

在所述半导体薄膜层上生长具有压电性质的纳米线或纳米棒阵列，所述纳米线或纳米棒阵列与所述半导体薄膜层形成发光PN结；

在所述纳米线或纳米棒的间隙中填充介电材料，使所述纳米线或纳米棒的顶端均露出所述介电材料；

在所述纳米线或纳米棒阵列上形成上电极；

在所述半导体薄膜层上形成下电极。

本发明还提供一种压力传感器阵列，包括：

底电极；

位于所述底电极上的传感单元阵列，所述传感单元为发光PN结，其中，所述PN结的P型区和/或N型区的材料为压电材料，所述传感单元的间隙中填充有介电材料；

位于所述传感单元阵列上的顶电极。

与现有技术相比，根据本发明的压力传感器阵列采用发光PN结作为传感单元，所述发光PN结的P型区和/或N型区的材料为压电材料，当外界应力施加于由发光PN结传感单元阵列组成的压力传感器阵列器件的表面上时，由于应力在该器件表面上的非均匀分布使得在每个发光PN结的压电材料上产生的压电电势场的大小不同，从而使为基本像素单元的每个发光PN结的发光强度产生不同程度的变化，通过每个像素点发光强度的变化能够得到压力传感器阵列器件的表面上施加的应力信息，而且根据本发明的压力传感器阵列也可以快速地对施加的外界应力做出反应。

当根据本发明的压力传感器中的传感单元发光PN结为纳米尺寸，发光PN结的P型区和/或N型区为纳米线或纳米棒时，以单个纳米发光PN结为基本像素单元，利用压电光电子学效应对纳米线或纳米棒发光二极管发光强度的调节，通过压力传感器阵列器件发光强度的分布来对该器件表面的压力分布进行成像。当外界应力施加于由该纳米发光二极管阵列组成的压力传感器阵列器件的表面上时，由于不同的纳米线或纳米棒(即像素点)受到的压力不同，所以其由于应力在该器件表面上的非均匀分布使得在纳米线或纳米棒上产生的压电电势场的大小也不同，从而使为基本像素单元的每个纳米线或纳米棒发光二极管的发光强度产生不同程度的变化。因此，可以通过本发明中的压力传感器的三维纳米线阵列中每个像素点发光强度的变化得到压力传感器阵列器件表面应力的信息。本发明中，纳米线或纳米棒阵列中纳米线或纳米棒之间的距离在微米量级，显著高于现有压力传感器的分辨率，可以用于指纹识别等领域。

另外，本发明的压力传感器阵列结构简单，制备过程简单，可以节约器件制备成本。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，而且并未按照实际尺寸绘制附图，其仅用于示出本发明的主旨。

图1为根据本发明第一实施例的压力传感器阵列的结构示意图；

图2a和2b为根据本发明第一实施例的压力传感器阵列的结构示意图，其中，图2a为剖面图，图2b为俯视图；

图3为根据本发明第一实施例的压力传感器阵列的制备方法流程图；

图4为根据本发明第二实施例的压力传感器阵列的结构示意图；以及

图5为根据本发明第二实施例的压力传感器阵列的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都落入本发明的保护范围内。

压电效应是物质在应力作用下形变而产生一内部电势的现象，压电效应已经广泛应用于微机械传感、器件驱动和能源领域。大面积、高分辨率压力传感是目前国际顶尖研究领域，由于压电光电子学效应反映的是光电子器件对应力和光的耦合响应，因此可以应用于应力应变检测领域。这种压电电子学效应的压力传感器比传统基于场效应管或压阻型压力传感器响应更快、灵敏度更高。如果能将这类压电光电子学器件在柔性基底上进行集成，则有望实现柔性基底上的应力分布传感，也就是人造皮肤。

纤锌矿结构压电材料(比如ZnO等)是一种非中心对称的晶体，Zn²⁺正离子和O^2-负离子形成正四面体结构。无应力作用下，正电荷和负电荷中心重合，总偶极矩等于零。如果有应力加在正四面体的一个顶点上，正负离子的中心会相对错位，从而在晶体中引入偶极矩，所有单元偶极矩的叠加会在晶体中沿应变方向形成宏观的电势差，这就是压电电势(压电势)。压电势是由非移动的不能消除的离子电荷引起的，只要应力存在，压电势就存在，压电势的大小受掺杂浓度影响。

对于ZnO、GaN、InN和ZnS等纤锌矿材料，它们同时具有压电和半导体性质，可以同时利用这两个性质的耦合来制作器件，这些器件就是压电电子学器件。这种压电电子学器件，可以利用材料体内压电效应产生的内场产生的压电势起到与单沟道场效应晶体管(FET)栅极电压相似的作用，这种载流子的输运过程就可以通过外加在器件上的应力进行调控或触发。

为了克服现有压力传感器分辨率不高的缺陷，本发明提供一种压力传感器阵列，该压力传感器阵列采用发光PN结作为传感单元，利用的是光成像技术，所以其不需后期图像处理技术，从发光强度的改变即可判定局部应力的改变。下面结合实施例和附图详细介绍本发明的具体实施方式。

实施例一：

本实施例中的压力传感器阵列，参见图1和图2，包括：基底1；基底上的半导体薄膜层2；半导体薄膜层2上有具有压电性质的纳米线或纳米棒阵列3；纳米线或纳米棒阵列3的间隙中填充有介电材料4，该介电材料可以是透明的或非透明的或半透明的；纳米线或纳米棒阵列3上的上电极6；以及半导体薄膜层2上的下电极5。其中，所述纳米线或纳米棒阵列3与所述半导体薄膜层2形成发光PN结。该压力传感器阵列还包括与根据本发明的压力传感器阵列必然相关的上电极引出导线7和下电极引出导线8，用于为该压力传感器阵列器件施加驱动电压。

由于所述纳米线或纳米棒阵列3与所述半导体薄膜层2形成发光PN结(LED)，所以所述纳米线或纳米棒阵列3与所述半导体薄膜层2的掺杂类型相反，或者所述半导体薄膜层2为P型掺杂而所述纳米线或纳米棒阵列3为N型掺杂；或者所述半导体薄膜层2为N型掺杂而所述纳米线或纳米棒阵列3为P型掺杂。所述发光PN结为本实施例中压力传感器阵列的传感单元。

优选的，基底1可以为蓝宝石、硅片、金属、陶瓷或柔性高分子膜。基底1上的半导体薄膜2也可以为压电材料，优选为纤锌矿结构的材料，例如可以为氮化镓、砷化镓或氧化锌等材料，其薄膜厚度可以为2微米。优选的，所述上电极为透明材料。

纳米线或纳米棒阵列3优选为铅锌矿结构的材料，例如可以为氮化镓、砷化镓或氧化锌等材料，在本发明中，纳米线或纳米棒阵列3中的纳米线或纳米棒的直径可以为50纳米到20微米，长度可以为几微米至几百微米，纳米线或纳米棒之间的间距为微米量级，例如可以为1-100微米。半导体薄膜层2与纳米线或纳米棒阵列3的材料可以采用不同掺杂类型的相同材料，也可以为不同的材料。

在本发明的其他实施例中，所述纳米线或纳米棒阵列3中的纳米线或纳米棒可以为同种材料，也可以在所述纳米线或纳米棒阵列3中包括不同材料的纳米线或纳米棒，以适应不同的压力传感器的需要。

纳米线或纳米棒的间隙中填充的介电材料4可以为高分子聚合物或氧化硅，优选为弹性介电材料。

半导体薄膜层2上的下电极5可以为选自铟锡金属氧化物、石墨烯或银纳米线膜涂层中的一种，或者为金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、硒或其合金中的一种。纳米线或纳米棒阵列3上的上电极6可以为ITO(Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物)，FTO(fluorine-dopedtin oxide，氟掺杂锡氧化物)或碳纳米管薄膜等透明材料。

相应地，本发明还提供了一种压力传感器阵列的制备方法，图3为根据本发明的压力传感器阵列的制备方法流程图，结合图1和图2，其制备过程包括：

步骤S10，提供基底。

所述基底1可以为蓝宝石、硅片、金属、陶瓷或柔性高分子膜。

步骤S20，在所述基底上生长半导体薄膜层。

在所述基底1上生长的半导体薄膜层2为P型或N型掺杂半导体材料，优选为纤锌矿结构的材料，例如，所述半导体薄膜层2为氮化镓、砷化镓或氧化锌等材料。

步骤S30，在所述半导体薄膜层上生长具有压电性质的纳米线或纳米棒阵列，所述纳米线或纳米棒阵列与所述半导体薄膜层形成发光PN结；

为了与步骤S20中生长的半导体薄膜层2形成发光PN结，所述半导体薄膜层2为P型掺杂，则所述纳米线或纳米棒阵列3为N型掺杂；或者，所述半导体薄膜层2为N型掺杂，则所述纳米线或纳米棒阵列3为P型掺杂。

纳米线或纳米棒阵列3中的纳米线或纳米棒的轴线可以基本垂直于半导体薄膜层表面或者基底表面。其中，纳米线或纳米棒阵列3优选为纤锌矿结构的材料，例如，所述纳米线阵列为氮化镓、砷化镓或氧化锌等材料。纳米线或纳米棒阵列3中的纳米线或纳米棒的直径可以为50纳米到20微米，长度可以为微米量级，例如几微米至几百微米，纳米线之间的间距可以为微米量级，例如为1-20微米。

步骤S40，在所述纳米线或纳米棒的间隙中填充介电材料，使所述纳米线或纳米棒头部均露出所述介电材料。

步骤S50，在所述纳米线或纳米棒阵列上形成上电极。

步骤S60，在所述半导体薄膜层上形成下电极。

下面以一个具体实施例详细介绍根据本发明的压力传感器阵列的制备过程。

本实施例中，基底采用蓝宝石，在蓝宝石基底上采用金属有机物气相沉积法或分子束外延方法生长厚度为2微米的p型氮化镓GaN薄膜；在p型氮化镓GaN薄膜上，采用水热法合成方法生长n型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒阵列，ZnO纳米线或纳米棒之间的距离为20微米，该n型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒阵列与p型氮化镓GaN薄膜形成发光PN结，即形成发光纳米LED；在纳米线或纳米棒的间隙中填充透明介电材料，并使纳米线或纳米棒的顶端均露出；在纳米线或纳米棒阵列上面(器件正面)镀一层厚度为150nm透明ITO电极，作为上电极，所述上电极与所述纳米线或纳米棒阵列形成欧姆接触；在半导体薄膜层上镀Ni/Au下电极；最后在上电极和下电极上引出导线，完成根据本发明的压力传感器阵列的制备。

在纳米线或纳米棒的间隙中填充透明介电材料，并使纳米线或纳米棒头部均露出，本实施例中，透明不导电介电材料为氧化硅薄膜与PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)薄膜两层，具体填充过程为：首先，在带有ZnO纳米线阵列的样品上沉积200-500纳米厚度SiO₂介电层；然后，在所得样品上旋涂一层PMMA介电层，使ZnO纳米线埋于其中，只露出端部；最后，利用反应离子刻蚀方法对ZnO纳米线顶端的SiO₂进行刻蚀，露出ZnO纳米线的顶端即可。

当下电极加正电压而上电极加负电压时，该纳米LED阵列正常工作，当应力施加在该压力传感器阵列器件上时，由于应力在纳米线或纳米棒上产生的压电电势场大小不同，从而在所述PN结界面上产生的压电电荷不同，这个压电电场会对所述纳米线的发光强度产生调节，每个纳米LED由于所受应力不同，其发光强度变化不同，可据此得到应力在压力传感器阵列器件表面上的分布信息。

根据本发明的压力传感器阵列可以应用在指纹识别、应力分布记录等领域。

在根据本发明的压力传感器阵列中，半导体薄膜层2和纳米线或纳米棒阵列3的材料不限于上述材料，在本发明的其它实施例中，在蓝宝石基底1上生长的半导体薄膜层2可以为2微米厚的p型氮化镓GaN薄膜，在p型氮化镓GaN薄膜上生长n型氮化镓GaN纳米线或纳米棒阵列3，该纳米线或纳米棒与p型氮化镓GaN薄膜形成PN结。

还可以为在蓝宝石基底1上生长一层2微米厚的n型氮化镓GaN薄膜，在该n型氮化镓GaN薄膜上生长p型氮化镓GaN纳米线或纳米棒阵列3，该纳米线或纳米棒与n型氮化镓GaN薄膜形成PN结。

还可以为在蓝宝石基底1上生长一层2微米厚的n型氮化镓GaN薄膜，在该n型氮化镓GaN薄膜上生长p型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒阵列3，该纳米线或纳米棒与n型氮化镓GaN薄膜形成PN结。

还可以为在蓝宝石基底1上生长一层2微米厚的n型砷化镓GaAs薄膜，在该n型砷化镓GaAs薄膜上生长p型砷化镓GaAs纳米线或纳米棒阵列3，该纳米线或纳米棒与n型砷化镓GaAs薄膜形成PN结。

还可以为在蓝宝石基底1上生长一层2微米厚的p型砷化镓GaAs薄膜，在p型砷化镓GaAs薄膜上生长n型砷化镓GaAs纳米线或纳米棒阵列3，该纳米线或纳米棒与p型砷化镓GaAs薄膜形成PN结。

在本发明的其它实施例中，半导体薄膜层2和纳米线或纳米棒阵列3也可以都为ZnO，例如，半导体薄膜层2为n型氧化锌ZnO，纳米线或纳米棒阵列3为P型氧化锌ZnO；或者，半导体薄膜层2为P型氧化锌ZnO，纳米线或纳米棒阵列3为n型氧化锌ZnO。

本实施例中，上述制备过程中各步骤的具体制备方法不用来限定本发明，所有制备过程可以采用常规的半导体器件制备方法，在这里不做特殊限定。

实施例二：

本实施例中的压力传感器阵列，参见图4，制作在基底11上，包括：基底11上的底电极21、底电极21上的传感单元阵列和传感单元阵列上的顶电极61，其中，所述传感单元为由区域31和区域41形成的发光PN结，其中，所述PN结的P型区和/或N型区的材料为压电材料；传感单元的间隙中填充有介电材料51，该介电材料51可以是透明的或非透明的或半透明的。所述压力传感器阵列还包括与根据本发明的压力传感器阵列必然相关的底电极21和顶电极61分别引出的导线71和导线81。本发明以发光二极管(PN结)为基本像素单元，导线71和导线81上施加驱动电压，当外界应力施加于发光二极管阵列组成的压力传感器阵列器件的表面上时，由于应力在该器件表面上的非均匀分布使得在每个发光二极管上产生的压电电势场大小不同，从而使为基本像素单元的每个发光二极管的发光强度产生不同程度的变化，通过这种发光二极管阵列中每个像素点发光强度的变化能够得到压力传感器阵列器件的表面上施加的应力信息。

在本实施例中，压力传感器阵列中的传感单元的P型区和/或N型区的材料可以为纳米线或纳米棒，优选为铅锌矿结构的材料，例如可以为ZnO、GaN或GaAs等的纳米线或纳米棒。

在本实施例中，传感单元中的纳米线或纳米棒的直径可以为50纳米到20微米，长度可以为微米量级，例如几微米至几百微米，传感单元阵列之间的间距为微米量级，例如可以为1-100微米。

传感单元的间隙中填充的介电材料51可以为高分子聚合物或氧化硅，优选为弹性介电材料，例如PMMA材料。

在本实施例中，压力传感器阵列中作为传感单元的发光PN结可以为同质PN结，例如为GaN或GaAs的同质PN结；也可以为异质PN结，例如传感单元可以为p型GaN或GaAs和n型ZnO纳米线或纳米棒形成的PN结，或者为p型GaN与n型GaAs纳米线或纳米棒形成的PN结。

在本实施例中，压力传感器阵列的底电极21可以为选自铟锡金属氧化物、石墨烯或银纳米线膜涂层中的一种，或者为金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、硒或其合金中的一种。传感单元阵列上的顶电极61可以为ITO(Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物)，FTO(fluorine-doped tin oxide，氟掺杂锡氧化物)或碳纳米管薄膜等透明材料。

在本实施例中，所述底电极21可以为制作在柔性基底1上的柔性电极，例如采用在柔性衬底PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸类塑料)上制作柔性电极ITO作为本实施例中的底电极21。由于顶电极61也为柔性电极，本实施例的压力传感器阵列可以作为柔性器件使用。

在本实施例中，压力传感器阵列的底电极21也可以为透明电极，例如可以为ITO(Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物)，FTO(fluorine-doped tin oxide，氟掺杂锡氧化物)或碳纳米管薄膜等透明材料电极，这样可以在底电极21下方连接记录装置对压力传感器阵列的发光情况进行记录。

另外，本实施例的压力传感器阵列中，所述底电极21可以为制备在基底11上的电极。基底11可以为蓝宝石、硅片、金属、陶瓷或柔性高分子膜。

本实施例的压力传感器阵列的制备过程参见图5，制备过程包括：

步骤S11，提供底电极；

步骤S21，在所述底电极上制备传感单元阵列，所述传感单元为发光PN结，其中，所述PN结的P型区和/或N型区的材料为压电材料；

步骤S31，在所述传感单元的间隙中填充介电材料，使所述传感单元的头部均露出所述介电材料。

步骤S41，在所述传感单元阵列上形成顶电极。

参见图4，以压力传感器阵列的传感单元采用异质结为例，区域31采用P型GaN纳米线或纳米棒、区域41采用n型ZnO纳米线或纳米棒形成发光PN结，其具体制备过程为：

本发明中的压力传感器阵列的上电极优选为透明电极，可以为在蓝宝石基底11上镀一层厚度为150nm的透明ITO电极，作为底电极21，采用金属有机物气相沉积法或分子束外延方法在底电极21上生长高度为2微米的p型氮化镓GaN纳米线或纳米棒，然后在其间隙中填充透明介电材料PMMA，并使p型氮化镓GaN纳米线或纳米棒的顶端均露出。接着采用水热法生长一定长度的n型ZnO纳米线或纳米棒，该p型GaN-n型ZnO纳米线或纳米棒异质结将作为压力传感器阵列的传感单元，即形成纳米发光LED。在形成传感单元的n型ZnO纳米线或纳米棒的间隙中填充透明介电材料PMMA，并使n型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒的顶端均露出；在传感单元阵列的上面(器件正面)镀一层厚度为150nm的透明ITO电极，作为顶电极61，所述顶电极61与所述纳米线或纳米棒阵列形成欧姆接触；最后在顶电极61和底电极21上引出导线，完成本发明的压力传感器阵列的制备。

在本发明的另一实施例中，传感单元采用ZnO同质PN结纳米线，压力传感器阵列的制备过程为：

在蓝宝石基底11上镀一层厚度为150nm的透明ITO电极，然后利用溅射法镀一层厚度为100nm的ZnO种子层，之后利用光刻曝光在其上做一层掩膜。然后采用水热法生长一定长度的n型ZnO纳米线或纳米棒，接着换一种生长母液，再同样用水热法生长另一截p型ZnO纳米线或纳米棒，该p-n ZnO纳米线或纳米棒异质结将作为压力传感器阵列的传感单元，即形成纳米发光LED。在形成传感单元的ZnO纳米线或纳米棒的间隙中填充透明介电材料PMMA，并使n型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒的顶端均露出；在传感单元阵列的上面(器件正面)镀一层厚度为150nm的透明ITO电极，作为顶电极61，所述顶电极61与所述纳米线或纳米棒阵列形成欧姆接触；最后在顶电极61和底电极21上引出导线，完成根据本发明的压力传感器阵列的制备。

当底电极21加正电压而顶电极61加负电压时，该纳米LED阵列正常工作，当应力施加在该压力传感器阵列器件上时，由于应力在纳米线或纳米棒上产生的压电电势场大小不同，从而在所述PN结界面上产生的压电电荷不同，这个压电电场会对所述纳米线的发光强度产生调节，每个纳米LED由于所受应力不同，其发光强度变化不同，可据此得到应力在压力传感器阵列器件的表面上的分布信息。

本实施例中作为传感单元的发光PN结的材料并不限于上述具体实施例，还可以为GaAs的同质PN结，例如P型砷化镓GaAs和n型砷化镓GaAs纳米线或纳米棒阵列作为传感单元阵列。在其他实施例中，也可以采用GaAs与ZnO或者GaN的异质PN结纳米线或纳米棒阵列作为传感单元阵列。

在本实施例中，可以采用强度较大的底电极21材料，而不需要基底；也可以采用制作在基底11上的薄膜电极作为本实施例中压力传感器阵列的底电极21。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种压力传感器阵列，包括：

基底；

位于基底上的半导体薄膜层；

位于所述纳米线或纳米棒阵列上的上电极和位于所述半导体薄膜层上的下电极；

其中，不同应力在所述纳米线或纳米棒上产生的压电电势场大小不同，使所述发光PN结的发光强度变化不同，从而能够得到应力在所述压力传感器阵列表面上的分布信息。

2.根据权利要求1所述的压力传感器阵列，其中，所述半导体薄膜层的材料为压电材料。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述半导体薄膜层的材料为氮化镓、砷化镓或氧化锌材料。

4.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述纳米线或纳米棒阵列的材料为纤锌矿结构的材料。

5.根据权利要求4所述的压力传感器阵列，其中，所述纳米线或纳米棒阵列的材料为氮化镓、砷化镓或氧化锌材料。

6.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述纳米线或纳米棒阵列中的纳米线或纳米棒的直径为50nm到20μm，长度为微米量级。

7.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述纳米线或纳米棒阵列中的纳米线或纳米棒之间的距离为微米量级。

8.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述介电材料为高分子聚合物或氧化硅。

9.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述上电极为ITO、FTO或碳纳米管薄膜。

10.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，下电极为选自铟锡金属氧化物、石墨烯或银纳米线膜涂层中的一种，或者为金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬、硒或其合金中的一种。

11.根据权利要求1或2所述的压力传感器阵列，其中，所述基底为蓝宝石、硅片、金属、陶瓷或柔性高分子膜。

12.一种制备权利要求1至11中任一权利要求所述的压力传感器阵列的方法，包括：

提供基底；

在所述基底上生长半导体薄膜层；

在所述纳米线或纳米棒阵列上形成上电极；

在所述半导体薄膜层上形成下电极。

13.一种压力传感器阵列，包括：

底电极；

位于所述传感单元阵列上的顶电极；

其中，所述压电材料为纳米线或纳米棒，而且不同应力在所述纳米线或纳米棒上产生的压电电势场大小不同，使所述发光PN结的发光强度变化不同，从而能够得到应力在所述压力传感器阵列表面上的分布信息。

14.根据权利要求13所述的压力传感器阵列，其中，所述P型区和/或N型区的材料为纳米线或纳米棒。

15.根据权利要求13或14所述的压力传感器阵列，其中，所述传感单元为同质PN结。

16.根据权利要求15所述的压力传感器阵列，其中，所述同质PN结的材料为ZnO、GaN或GaAs。

17.根据权利要求13或14所述的压力传感器阵列，其中，所述传感单元为异质PN结。

18.根据权利要求17所述的压力传感器阵列，其中，所述传感单元为p型GaN或GaAs薄膜和n型氧化锌ZnO纳米线或纳米棒形成的PN结。

19.根据权利要求13或14所述的压力传感器阵列，其中，所述传感单元阵列中的传感单元之间的距离为微米量级。

20.根据权利要求13或14所述的压力传感器阵列，其中，所述底电极和/或所述顶电极为透明电极。

21.根据权利要求13或14所述的压力传感器阵列，其中，所述底电极为制作在柔性基底上的柔性电极。