基于柔性衬底的柔性施密特电路的制作方法

本发明涉及的柔性施密特电路适用于柔性集成电路，主要包含柔性薄膜晶体管和柔性电阻。

背景技术：

柔性电子是将有机、无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子科技，在信息、能源、医疗、国防等领域都具有广泛应用。如印刷射频识别标签rfid、电子用表面粘贴、有机发光二极管oled、柔性电子显示器等。同传统的半导体工艺技术一样，柔性电子技术也可以应用于集成电路的制造。并且通过柔性电子技术制作出的柔性集成电路具有可弯曲折叠，空间适应能力强等传统集成电路难以匹及的优点，具有巨大的发展潜力。然而当前研究人员只将目光投向柔性衬底材料，柔性器件材料和柔性器件尺寸上，并未在柔性施密特电路这样基础集成电路的设计制造上有所精进。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出施密特电路，该电路中的柔性器件具有结构轻薄、可弯曲折叠，抗机械冲击能力强等优点，便于在空间受限情况下的使用。为此，本发明采用的技术方案是，基于柔性衬底的柔性施密特电路，在聚对苯二甲酸乙二醇pet塑料上表面有一层基于环氧su8树脂的光刻胶材料层，作为pet基板与逻辑门电路之间的粘合层，逻辑门电路的主体部分包括2个柔性薄膜晶体管和4个柔性电阻，一个柔性薄膜晶体管制作在n型si薄膜上，由两个p掺杂区和栅氧层组成，另外一个柔性薄膜晶体管制作在p型si薄膜上，由两个n掺杂区和栅氧层组成，柔性电阻通过对硅薄膜掺杂制作而成，其中，器件的连接方式为：使用n型硅薄膜制作的薄膜晶体管，其源端连接电源端，漏端通过一个柔性电阻接地，栅端通过一个柔性电阻接输入信号；使用p型硅薄膜制作的薄膜晶体管，其源端直接连接信号输出端，并通过一个柔性电阻同电源端相连，漏端直接接地，栅端通过一个柔性电阻同基于n型硅薄膜薄膜晶体管的漏端连接。

pet塑料采用不锈钢衬底，超薄玻璃衬底，纸质衬底中的一种替换，成为具备可弯曲折叠特性的柔性衬底。

本发明的特点及有益效果是：

本发明设计的柔性施密特电路只需将输入信号分别接到输入端口上便可以实现对输入信号的波形变换，脉冲波整形和脉冲鉴幅，结果通过输出端口进行输出。为应对不同的使用场景，本发明中柔性薄膜晶体管具有不同的沟道长宽，柔性电阻也具有不同的掺杂浓度和尺寸，从而使得所设计的柔性施密特电路拥有广阔的应用前景。

附图说明：

附图中示出本发明的实施例。其中：

图1示出基于柔性衬底的柔性施密特电路俯视图；

标记如下：1为信号输入端，2、5、10、11为柔性电阻，3为供电端，4、9为单晶硅薄膜p型掺杂区，6为信号输出端，8、13为栅氧层，12、14为单晶硅薄膜n型掺杂区，15为接地端，其中1、3、6、7、15为金属连线。

图2示出柔性电阻(1)和柔性pnp薄膜晶体管(2)以及柔性npn薄膜晶体管(2)的截面示意图；

标记如下：17为pet，16为su-8材料，18为n型si薄膜未掺杂区，19为p型si薄膜未掺杂区。

具体实施方式

本发明解决的技术问题在于利用所设计的基于柔性衬底的柔性施密特电路可以实现对输入信号的波形变换，脉冲波整形和脉冲鉴幅等。并且该施密特电路中的柔性器件具有结构轻薄、可弯曲折叠，抗机械冲击能力强等优点，便于在空间受限情况下的使用。因为施密特电路是集成电路设计制造的核心电路之一，所以本发明设计的基于柔性衬底的柔性施密特电路具有巨大的发展空间，可以进行大规模的推广使用。

依据本发明，该技术问题通过一种基于柔性衬底的柔性施密特电路来解决。在对柔性薄膜晶体管的前期研究中发现该器件的iv特性，cv特性等电学特性与器件的沟道长度，宽度有对应关系，利用这些特性可以建立起相应的分析模型，从而可以实现对输入信号强度不等时器件尺寸的选择。同时，前期研究中也发现通过对硅薄膜进行掺杂以及翻转转移技术制作的柔性电阻具有同普通硬质电阻相同的特性。从而，可以使用柔性薄膜晶体管和柔性电阻制作柔性施密特电路。

本发明设计的柔性施密特电路只需将输入信号分别接到输入端口上便可以实现对输入信号的波形变换，脉冲波整形和脉冲鉴幅，结果通过输出端口进行输出。为应对不同的使用场景，本发明中柔性薄膜晶体管具有不同的沟道长宽，柔性电阻也具有不同的掺杂浓度和尺寸，从而使得所设计的柔性施密特电路拥有广阔的应用前景。

图1和图2示出基于柔性衬底的柔性施密特电路俯视图以及柔性电阻和柔性tft器件的截面图，包括四个柔性电阻，两个柔性薄膜晶体管以及若干互联线，使用时3接电源，15接地，1作为信号的输入端口，6作为信号的输出端口。

就器件结构而言，衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇pet塑料基板17和su8粘合层16，用来支撑柔性薄膜晶体管和柔性电阻。柔性施密特电路制作在pet塑料基板17(其他类型普通塑料、柔性材料都可以作为衬底基材)上，在pet塑料上表面有一层su8材料层16，作为pet基板与逻辑门电路之间的粘合层。逻辑门电路的主体部分包括2个柔性薄膜晶体管和4个柔性电阻。一个柔性薄膜晶体管制作在n型si薄膜上，由：p掺杂区(4，9)和栅氧层(8)组成。另外一个柔性薄膜晶体管制作在p型si薄膜上，由：n掺杂区(12,14)和栅氧层(13)组成。柔性电阻通过对硅薄膜掺杂制作而成。其中器件的连接方式为：使用n型硅薄膜制作的tft器件，其源端连接电源端，漏端通过一个柔性电阻接地，栅端通过一个柔性电阻接输入信号。使用p型硅薄膜制作的tft器件，其源端直接连接信号输出端，并通过一个柔性电阻同电源端相连，漏端直接接地，栅端通过一个柔性电阻同基于n型硅薄膜tft器件的漏端连接。

本发明设计的基于柔性衬底的柔性施密特电路可以对输入信号进行波形变换，脉冲波整形和脉冲鉴幅等。该施密特电路可应用于空间受限的柔性集成电路工作区域，也可以应用于智能穿戴上。

技术特征：

技术总结
本发明涉及的柔性施密特电路适用于柔性集成电路，为提出可弯曲折叠，抗机械冲击能力强的施密特电路，本发明，基于柔性衬底的柔性施密特电路，在聚对苯二甲酸乙二醇PET塑料上表面有一层基于环氧SU8树脂的光刻胶材料层，作为PET基板与逻辑门电路之间的粘合层，逻辑门电路的主体部分包括2个柔性薄膜晶体管和4个柔性电阻，一个柔性薄膜晶体管制作在N型Si薄膜上，由两个P掺杂区和栅氧层组成，另外一个柔性薄膜晶体管制作在P型Si薄膜上，由两个N掺杂区和栅氧层组成，柔性电阻通过对硅薄膜掺杂制作而成。本发明主要应用于柔性器件的设计制造场合。

技术研发人员：秦国轩;赵政;张一波
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.10.16
技术公布日：2019.04.02