柔性红外热敏生理信号探测器及其制备方法
本发明是一种柔性红外热敏生理信号探测器及其制备方法，属于可穿戴生理监测装置领域。
背景技术：
1、随着可穿戴电子技术和智慧医疗技术的发展，对人体生理信号进行长期、连续、低负担监测的需求不断增加。相较于接触式电极、生化采样等方式，基于人体热辐射变化的红外检测方式具有无创、舒适、适于动态监测等优点，特别适用于呼吸、体表温度及局部血流相关信号的采集。
2、现有红外探测器主要包括光子型探测器和热敏型探测器。光子型探测器通常需要较复杂的材料体系和制备工艺，部分器件还需要制冷条件，难以兼顾低成本、柔性化和大面积制备。热敏型探测器虽可在室温下工作，但在柔性器件中仍普遍存在热隔离不足、环境温漂大、结构复杂以及对微弱生理热信号检测稳定性差等问题。
3、te-se合金材料具有可在较低温度下沉积成膜、与柔性工艺兼容性较好、适于大面积制备等优点，在柔性电子器件中具有应用潜力。然而，现有te-se薄膜器件多侧重于一般光电探测应用，针对人体弱热辐射生理信号检测的柔性热敏结构设计仍有改进空间。特别是在可穿戴应用中，若缺少热隔离结构、参考补偿单元及明确的感测窗口设计，则难以实现稳定、低噪声的生理热信号检测。
4、因此，有必要提供一种结构清晰、工艺可实施、适于柔性集成且能够抑制环境温漂的基于te-se合金薄膜的柔性红外热敏生理信号探测器及其制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种柔性红外热敏生理信号探测器及其制备方法，以解决现有的装置在可穿戴应用中，难以实现稳定、低噪声的生理热信号检测的问题。
2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种柔性红外热敏生理信号探测器,其结构包括探测器主体、覆盖所述探测器主体的封装层，所述探测器主体用于接收人体热辐射引起的敏感单元温度变化，并输出与所述温度变化对应的电阻信号或热电电压信号；所述探测器主体包括柔性基底、设置于所述柔性基底上的敏感单元、参考单元，所述敏感单元下方设置有热隔离区，所述参考单元上方设置有红外屏蔽层，以用于降低参考单元对外界红外辐射的响应，所述敏感单元、参考单元上分别电连接有信号输出端，所述封装层在所述敏感单元上方形成红外感测窗口；所述敏感单元、参考单元均包括texse1-x敏感薄膜，所述敏感单元上的texse1-x敏感薄膜电连接有第一电极和第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置并构成同侧共面电极结构，所述参考单元上的texse1-x敏感薄膜电连接有第三电极和第四电极，所述第三电极与第四电极间隔设置并构成同侧共面电极结构。
3、进一步地，所述热隔离区为位于敏感单元下方的凹槽填充式热隔离区，所述凹槽填充式热隔离区的凹槽内填充低热导聚合物或低热导多孔聚合物并经固化和平坦化处理，形成与柔性基底上表面齐平或基本齐平的低热导支撑表面，使所述texse1-x敏感薄膜沉积于所述低热导支撑表面上。
4、进一步地，所述texse1-x敏感薄膜中x的取值范围为0.4-0.9。
5、进一步地，所述texse1-x敏感薄膜的厚度为20-300nm，且所述texse1-x敏感薄膜为非晶态或多晶态结构。
6、进一步地，所述红外感测窗口外围设置用于与人体表面保持预定间隙的间隔结构，该预定间隙为0.1-3mm。
7、进一步地，所述信号输出端包括与第一电极、第二电极、第三电极和第四电极分别电连接的柔性金属引线以及设置于柔性基底边缘区域的边缘信号输出焊盘。
8、一种所述的柔性红外热敏生理信号探测器的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤s1，对柔性基底进行清洗和表面预处理；
10、步骤s2，在所述柔性基底的敏感单元对应区域形成凹槽，将低热导聚合物或低热导多孔聚合物填充于所述凹槽内，并经固化和平坦化处理形成具有低热导支撑表面的凹槽填充式热隔离区；
11、步骤s3，采用热蒸镀工艺在所述凹槽填充式热隔离区的低热导支撑表面及参考单元对应区域沉积texse1-x敏感薄膜，形成敏感单元和参考单元中的功能薄膜；
12、步骤s4，在所述敏感单元中的texse1-x敏感薄膜上制备第一电极、第二电极，在所述参考单元中的texse1-x敏感薄膜上制备第三电极和第四电极，并同步或分步制备与所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极电连接的柔性金属引线和边缘信号输出焊盘，形成同侧共面电极及柔性信号输出端；
13、步骤s5，在所述参考单元上方制备红外屏蔽层；
14、步骤s6，在探测器主体表面形成封装层并在敏感单元上方保留红外感测窗口；
15、步骤s7，设置用于控制与人体表面间隙的间隔结构，得到柔性红外热敏生理信号探测器。
16、进一步地，在所述步骤s3完成后，还包括对所述texse1-x敏感薄膜进行后退火处理，所述后退火温度为60-180℃，后退火时间为1-30min。
17、进一步地，所述步骤s4中第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、柔性金属引线和边缘信号输出焊盘通过热蒸镀、电子束蒸发、磁控溅射、喷墨打印、丝网印刷或转印中的一种或多种方式制备。
18、进一步地，所述步骤s6中封装层通过化学气相沉积、旋涂、喷涂、刮涂或层压方式形成。
19、本发明的有益效果是：
20、通过在柔性基底上沉积texse1-x薄膜形成敏感单元和参考单元，其中敏感单元用于接收人体热辐射并产生对应的电学响应，参考单元用于表征环境背景变化在敏感单元下方设置热隔离区，同时减小敏感区域向基底方向及横向方向的热扩散，在参考单元上方设置红外屏蔽层，以降低参考单元对人体红外辐射的直接响应，在探测器主体表面设置封装层，并在敏感单元上方保留红外感测窗口，使人体热辐射优先作用于敏感单元，在材料选择、结构设计及工艺实现方面具有较好的协同性，能够有效改善现有柔性红外生理信号探测器在微弱热信号检测、环境干扰抑制及柔性适配性方面存在的问题，具有良好的应用前景。
1.一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：其结构包括探测器主体（1）、覆盖所述探测器主体（1）的封装层（2），所述探测器主体（1）用于接收人体热辐射引起的敏感单元（12）温度变化，并输出与所述温度变化对应的电阻信号或热电电压信号；
2.根据权利要求1所述的一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：所述热隔离区（121）为位于敏感单元（12）下方的凹槽填充式热隔离区，所述凹槽填充式热隔离区的凹槽内填充低热导聚合物或低热导多孔聚合物并经固化和平坦化处理，形成与柔性基底（11）上表面齐平或基本齐平的低热导支撑表面，使所述texse1-x敏感薄膜（101）沉积于所述低热导支撑表面上。
3.根据权利要求2所述的一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：所述texse1-x敏感薄膜（101）中x的取值范围为0.4-0.9。
4.根据权利要求3所述的一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：所述texse1-x敏感薄膜（101）的厚度为20-300nm，且所述texse1-x敏感薄膜（101）为非晶态或多晶态结构。
5.根据权利要求1所述的一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：所述红外感测窗口（21）外围设置用于与人体表面保持预定间隙的间隔结构（211），该预定间隙为0.1-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种柔性红外热敏生理信号探测器，其特征在于：所述信号输出端（14）包括与第一电极（122）、第二电极（123）、第三电极（132）和第四电极（133）分别电连接的柔性金属引线（141）以及设置于柔性基底（11）边缘区域的边缘信号输出焊盘（142）。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的柔性红外热敏生理信号探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的柔性红外热敏生理信号探测器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s3完成后，还包括对所述texse1-x敏感薄膜（101）进行后退火处理，所述后退火温度为60-180℃，后退火时间为1-30min。
9.根据权利要求7所述的柔性红外热敏生理信号探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中第一电极（122）、第二电极（123）、第三电极（132）、第四电极（133）、柔性金属引线（141）和边缘信号输出焊盘（142）通过热蒸镀、电子束蒸发、磁控溅射、喷墨打印、丝网印刷或转印中的一种或多种方式制备。
10.根据权利要求7所述的柔性红外热敏生理信号探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤s6中封装层（2）通过化学气相沉积、旋涂、喷涂、刮涂或层压方式形成。