研究人员开发出触摸屏压力传感器阵列

移动手持设备上的触摸屏可以检测用户是否以及在何处触摸屏幕，但是标准技术无法确定施加多少压力。现在，加利福尼亚大学圣地亚哥分校和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员已经展示了一种新的“力感应技术”，可以添加到任何类型的显示器上，包括灵活的设备，以及潜在的其他用途远远超出触摸屏在移动设备上显示。

在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院毕业之前，电气和计算机工程专业的学生Siarhei Vishniakou（博士'16）与包括他的顾问，电气工程教授Shadi Dayeh在内的同事一起分拆了一家初创公司Dimensional Touch。他还被纳入NSF I-Corps I和II计划，帮助学者将新技术商业化。

从那时起，该团队已经证明基于氧化锌的薄膜晶体管传感器可以很容易地与广泛用于控制触摸屏的现有商用集成电路集成（其中已经使用了氧化锌，铟镓锌氧化物的变体） 。“众所周知，氧化锌具有良好的压电性能，制造商已经在显示器中使用铟镓锌氧化物，”Dayeh说。“因此，在薄膜晶体管中使用氧化锌似乎可以无缝集成到触摸屏制造商已经使用的工艺流程中。”

Dayeh的团队开发并优化了该技术，使其同时用作晶体管和力传感器。“我们已经确定，我们可以通过在富氧环境中进行氧化锌沉积来改善晶体管性能和压力敏感性，”第一作者Vishniakou说。“该技术的成本也降低了，因为它可以集成到背板级的显示器中。”

Dayeh是1月22日在线发表在Advanced Materials Technologies 期刊上的论文的高级作者。除了第一作者Vishniakou之外，Dayeh的合着者还包括其综合电子和生物接口实验室的其他三名研究生 - 陈仁杰，Yun Goo Ro和Cooper Levy，以及Christopher J. Brennan和Edward T. Yu教授。 UT奥斯汀的微电子研究中心。UT Austin的研究人员主要开创了扫描探针测量技术，并对加州大学圣地亚哥分校的综合电子和生物接口实验室的合作者建造的薄膜晶体管器件进行了压电力测量。

Dayeh的专业技术涵盖纳米级电子材料和设备的创新组合及其在生物界面中的应用，还在加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院任命纳米工程和材料科学与工程专业。

力感应允许用户使用铅笔或油漆刷在透明触摸屏上绘制，以通过轻轻地或用更大的力在纸张或画布上按压来绘制更薄或更暗的线。虽然iPhone 7中引入的Apple触摸技术需要在显示器下添加额外的层，但最新技术可以为任何类型的显示器添加力感应，包括灵活轻便的显示器。

研究人员通过一系列测试，包括系统材料沉积，显微镜和压电表征。最终结果：在薄的可弯曲玻璃晶圆上制造的一系列可扩展，高性能和固态力传感器。“由于每个传感器同时作为开关操作，基于氧化锌薄膜晶体管技术的传感器可以轻松扩展到非常大的区域，”Dayeh说。“我们还优化了它们，具有出色的压力灵敏度，晶体管的高开关比和低延迟。”

实际上，延迟 - 传感器检测压力存在的响应时间的延迟 - 下降到不到一毫秒，这比目前被认为足以成功商业化阵列压力传感器的延迟要好。此外，根据该论文，该团队认为仍有“提高设备时间性能和灵敏度的巨大潜力”。

加州大学圣地亚哥分校的实验部分在高通研究所的Nano3洁净室设施中进行，该设施是国家科学基金会资助的圣地亚哥纳米技术基础设施（SDNI）的核心，该设施是国家纳米技术协调基础设施的成员。另外的透射电子显微镜工作在位于洛斯阿拉莫斯国家实验室和桑迪亚国家实验室的能源部用户设施综合纳米技术中心（CINT）进行。

关于NSF I-Corps计划，Vishniakou和Dayeh与该技术的几个潜在合作伙伴或许可证持有者进行了会谈。Dayeh认为该技术仍然适合商业化，但它可能需要制造一种近乎终端的设备，这种设备代表了制造商可以定制和销售的真实产品，而无需进一步的研发。“我们的下一步是从现有的1英寸x 1'设备面积扩大到真正的手机大小的触摸屏。我们还确定了能够运行我们流程的制造工厂，目前我们正在与他们讨论潜在的联合开发。

“还有许多其他公司试图将力感应引入触摸屏，但我们的解决方案是唯一没有移动部件的解决方案，可扩展到大尺寸，并且能够使用现有的制造设备集成到显示器背板中”。Apple的3-D Touch是潜在的竞争对手，但据Dayeh称，与氧化锌技术直接集成到显示器主干时的重量相比，智能手机的重量显着增加。加州大学圣地亚哥分校开发的技术可以节省大量成本。