场效应晶体管装置、用于感测变形的设备和方法
阅读：601发布：2020-07-21
专利汇可以提供场效应晶体管装置、用于感测变形的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种装置，包括：第一层（201），被配置用于实现从源极 电极 （203）向漏极电极（204）的电荷载流子流动；第二层（206），被配置用于使用在第一层（201）和第二层（206）之间形成的 电场 来控制在第一层（201）中的电荷载流子的 密度 ；以及第三层（211）， 定位 于第一层（201）和第二层（206）之间，以将第一层（201）从电场屏蔽，其中第三层（211）包括导电纳米颗粒（212）层并且被配置为使得当应 力 被施加于第三层（211）时，第一层（201）所经历的电场的强度被改变，导致电荷载流子密度的变化和第一层（201）的电导的相应变化。，下面是场效应晶体管装置、用于感测变形的设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种装置，包括：
第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；
第二层，被配置用于使用在所述第一层和所述第二层之间形成的电场来控制在所述第一层中的电荷载流子的密度；以及
第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，从而导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的对应变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中施加于所述第三层的所述应力是压缩应力、拉伸应力或剪应力。
3.根据权利要求1所述的装置，其中施加于所述第三层的所述应力导致以下项中的一个或多个：所述纳米颗粒的位置的变化、所述纳米颗粒的形状的变化、所述纳米颗粒的定向的变化以及相邻纳米颗粒之间的距离的变化。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三层被配置为使得当所述应力的分量平行于所述第三层的平面时，在所述第三层的所述平面中的相邻纳米颗粒之间的距离被改变。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置成使得所述第一层、所述第二层和所述第三层中一个或多个能够可逆地变形。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置成使得所述第一层、所述第二层和所述第三层中一个或多个是光学透明的。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一层和/或所述第二层由石墨烯的至少一个层或多个层形成。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电纳米颗粒层包括导电纳米颗粒的一个或多个单层。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置被配置成使得所述导电纳米颗粒通过电容耦合和量子力学耦合中的一个或多个彼此电耦合。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述导电纳米颗粒的定向、密度和分离中的一个或多个被配置用于实现它们之间的电耦合。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三层由至少一种电绝缘材料制成，所述电绝缘材料被配置为防止在所述第三层的相邻导电纳米颗粒之间的直接物理接触。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述电绝缘材料包括表面活性剂。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括两个或多个沟道，每个沟道被配置为实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述装置包括两个或多个栅极电极，每个栅极电极被配置用于使用在所述栅极电极和相应沟道之间形成的电场来控制一个或多个沟道中的电荷载流子的密度。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述两个或多个栅极电极中的至少一个包括侧护板，所述侧护板被配置用于限定所述栅极电极的电场。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述沟道和所述栅级电极被布置成形成多路复用结构。
17.一种包括根据权利要求1所述的装置的设备。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述设备是以下项中的至少一个：电子设备、便携式电子设备、便携式电信设备、用于前述设备中的任何设备的电子显示器、以及用于前述设备中的任何设备的模块。
19.一种方法，包括：
沉积第一层；
在所述第一层之上沉积第三层；以及
在所述第三层之上沉积第二层以形成一种装置，所述装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在所述第一层和所述第二层之间形成的电场来控制在所述第一层中的电荷载流子的密度；以及第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，从而导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的对应变化。
20.一种方法，包括：
提供/使用一种装置，所述装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在所述第一层和所述第二层之间形成的电场来控制在所述第一层中的电荷载流子的密度；以及第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，从而导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的对应变化；
测量所述第一层的电导。
场效应晶体管装置、用于感测变形的设备和方法
技术领域
[0001] 本公开内容涉及柔性/可伸缩的电子设备、相关联的方法和装置的领域，并且具体而言，涉及被配置用于感测装置的物理变形的场效应晶体管。某些所公开的示例方面/实施例涉及便携式电子设备，特别是可以在使用时手持（尽管它们在使用时可以被放在支架中）的所谓手持便携式电子设备。这样的手持便携式电子设备包括所谓的个人数字助理（PDA）。
[0002] 根据一个或多个所公开的示例方面/实施例的便携式电子设备/装置可以提供一种或多种音频/文本/视频通信功能（例如，远程通信、视频通信和/或文本传输（短消息服务（SMS）/多媒体消息服务（MMS）/电子邮件）功能）、交互式/非交互式观看功能（例如，web浏览、导航、电视/节目观看功能）、音乐录制/播放功能（例如，MP3或其它格式和/或（FM/AM）无线电广播录制/播放）、数据的下载/发送功能、图像捕获功能（例如，使用（例如内建的）数码相机）以及游戏功能。
背景技术
[0003] 灵活和可伸缩的电子设备允许制造设备的新的形状因素，并且还能够实现基于系统的变形的复杂的用户接口概念。对于用户接口应用，有益的（有时甚至是必要的）是能够检测系统的当前形状并且/或者测量变形的空间分布。这可以使用应力计网络来执行。然而，这样的系统往往是庞大的、复杂的和相对昂贵的。此外，应力计的大尺寸限制了系统的空间分辨率，并抑制设备小型化。
[0004] 本文所公开的装置和方法可以或不可以解决这个问题。
[0005] 在先公开的文献的列举或讨论或在本说明书中的任何背景技术中不应必然地被视为承认该文献或背景技术是现有技术现状的一部分或是公知常识。本公开内容的一个或多个方面/实施例可以或不可以解决背景技术中的问题中的一个或多个问题。发明内容
[0006] 根据第一方面，提供一种装置，其包括：
[0009] 第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，[0010] 其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的相应变化。
[0011] 施加于第三层的应力可以是压缩应力、拉伸应力或剪应力。施加于第三层的应力导致以下项中的一个或多个：纳米颗粒的位置的变化、纳米颗粒的形状的变化、纳米颗粒的定向的变化、以及相邻纳米颗粒之间的距离的变化。纳米颗粒的位置、形状、定向和/或间距的变化可以导致有效电场强度的变化并且因此导致电导的变化。
[0012] 该装置可以被配置为使得相邻纳米颗粒之间的距离的增加或降低导致由第一层所经历的电场强度的相应增加或降低。
[0013] 电场可以至少通过第二层来提供。电场可以在第一层和第二层之间施加电势差时形成。该装置可以包括主体或衬底电极，其被配置为使得在第二层和主体/衬底电极之间施加电势差时形成电场。
[0014] 第三层可以被配置为使得当压缩或拉伸应力的分量平行于第三层的平面时，在第三层的平面中的相邻纳米颗粒之间的距离被改变。第三层可以被配置为使得当剪应力的分量平行于第三层的平面时，纳米颗粒的定向被改变。
[0015] 该装置可以被配置成使得第一层、第二层和第三层中一个或多个能够可逆地变形。该装置可以被配置成使得第一层、第二层和第三层中一个或多个是光学透明的。
[0016] 第一层和/或第二层可以由石墨烯的至少一个层或多个层形成。第二层可以包括石墨烯、单层石墨烯片、多层石墨烯片、碳纳米管网络和金属纳米线网中的一个或多个。多层石墨烯片可以包括平均而言2-10、10-50、50-100或者＞100个石墨烯层。
[0017] 导电纳米颗粒层可以包括导电纳米颗粒的一个或多个单层。在第三层的不同区/区域的单层的数目可以改变。导电纳米颗粒层可以是金属纳米颗粒。导电纳米颗粒层可以是金纳米颗粒。导电纳米颗粒层的平均直径可以在1至1000nm之间、在5至40nm之间、或者在10至20nm之间。平均的无应力颗粒间间距可以小于或等于1nm。
[0019] 第三层可以由至少一个电绝缘材料制成，该电绝缘材料被配置为防止在第三层的相邻导电纳米颗粒之间的直接物理接触。该电绝缘材料被配置为防止在第二层和导电纳米颗粒之间的直接物理接触。该电绝缘材料被配置为防止在第一层和导电纳米颗粒之间的直接物理接触。该电绝缘材料可以包括表面活性剂。表面活性剂可以包括硫醇。表面活性剂可以包括十二硫醇。
[0020] 该装置可以包括在第二层和第三层之间的另一个层。该另一个层可以包括电绝缘材料，其被配置为防止在在第二层和导电纳米颗粒之间的直接物理接触。该装置可以包括在第一层和第三层之间的另一个层。该另一个层可以包括电绝缘材料，其被配置为防止在导电纳米颗粒和第一层之间的直接物理接触。该另一个层（多个）的电绝缘材料可以包括疏水蛋白质。
[0021] 该装置可以包括衬底。第一层、第二层和第三层可以定位在衬底之上。衬底可以是能够可逆变形的。衬底可以包括弹性体。衬底可以包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）中的至少一个。
[0022] 该装置可以包括两个或多个沟道。每个沟道可以被配置为实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动。该装置可以包括两个或多个栅极电极。每个栅极电极被配置用于使用在栅极电极和相应沟道之间形成的电场来控制一个或多个沟道中的电荷载流子的密度。沟道和栅级电极被配置成形成多路复用结构。两个或多个栅极电极中的至少一个包括侧护板，该侧护板被配置用于限定栅极电极的电场。沟道可以被布置成彼此基本上平行。栅极电极可以被布置成彼此基本上平行。沟道可以被布置成基本上垂直于栅极电极。
[0023] 该装置可以包括源极电极和漏极电极。源极电极和漏极电极可以包括铂、钛、金和石墨烯中的一个或多个。
[0025] 根据另一个方面，提供一种包括在此描述的任意装置的设备。该设备可以是以下项中的至少一个：电子设备、便携式电子设备、便携式电信设备、用于前述设备中的任何设备的电子显示器、以及用于前述设备中的任何设备的模块。
[0026] 根据另一个方面，提供一种方法，其包括：
[0027] 沉积第一层；
[0028] 在第一层之上沉积第三层；以及
[0029] 在第三层之上沉积第二层以形成一种装置，所述装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在所述第一层和第二层之间形成的电场来控制在所述第一层中的电荷载流子的密度；以及第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的相应变化。
[0030] 根据另一个方面，提供一种方法，其包括：
[0031] 提供/使用一种装置，所述装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在所述第一层和第二层之间形成的电场来控制在所述第一层中的电荷载流子的密度；以及第三层，定位于所述第一层和所述第二层之间，以将所述第一层从所述电场屏蔽，其中所述第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于所述第三层时，所述第一层所经历的所述电场的强度被改变，导致所述电荷载流子密度的变化和所述第一层的电导的相应变化；以及
[0032] 测量所述第一层的电导。
[0033] 该方法可以包括向该装置施加应力。该方法可以包括检测由所施加的应力所导致的第一层的电导的变化。
[0034] 根据另一个方面，提供一种装置，其包括：
[0035] 沟道，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；
[0036] 栅极电极，被配置用于使用在栅极电极和沟道之间形成的电场来控制在沟道中的电荷载流子的密度；
[0037] 屏蔽层，定位于沟道和栅极电极之间，以将沟道从栅极电极屏蔽；
[0038] 其中屏蔽层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于屏蔽层时，沟道所经历的电场的强度被改变，导致电荷载流子密度的变化和沟道的电导的相应变化。
[0039] 根据另一个方面，提供一种方法，其包括：
[0040] 沉积沟道层；
[0041] 在沟道层之上沉积屏蔽层；以及
[0042] 在屏蔽层之上沉积栅极电极以形成一种装置，所述装置包括：沟道，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；栅极电极，被配置用于使用在栅极电极和沟道之间形成的电场来控制在沟道中的电荷载流子的密度；屏蔽层，定位于沟道和栅极电极之间，以将沟道从栅极电极屏蔽；其中屏蔽层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于屏蔽层时，沟道所经历的电场的强度被改变，导致电荷载流子密度的变化和沟道的电导的相应变化。
[0043] 根据另一个方面，提供一种方法，其包括：
[0044] 提供/使用一种装置，所述装置包括：沟道，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；栅极电极，被配置用于使用在栅极电极和沟道之间形成的电场来控制在沟道中的电荷载流子的密度；屏蔽层，定位于沟道和栅极电极之间，以将沟道从栅极电极屏蔽；其中屏蔽层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于屏蔽层时，沟道所经历的电场的强度被改变，导致电荷载流子密度的变化和沟道的电导的相应变化；以及，
[0045] 测量沟道的电导。
[0046] 除非明确指出或者为本领域技术人员所理解，否则本文公开的任何方法的步骤不是必须以所公开的严格的次序来执行。
[0047] 根据另一个方面，提供一种记录在载体上的计算机程序，该计算机程序包括被配置用于执行本文描述的任何方法的计算机代码。
[0049] 本公开内容孤立地或以各种组合地包括一个或多个对应的方面、示例实施例或特征，无论在孤立或各种组合中是否特别陈述（包括要求）。用于执行一个或多个所述功能的对应的装置也落入本文的公开内容中。
[0050] 用于实施一个或多个所公开的方法的对应的计算机程序也落入本文公开内容之中并且包括在一个或多个所描述的实施例之中。
[0052] 现在参考附图仅通过示例给出描述，在附图中：
[0053] 图1示出常规场效应晶体管；
[0054] 图2示出包括定位在栅极电极和导电沟道之间的导电纳米颗粒层的场效应晶体管；
[0055] 图3以平面视图示出图2中的场效应晶体管；
[0056] 图4a示出两亲性表面活性剂分子；
[0057] 图4b示出通过两亲性表面活性剂分子彼此分离的多个导电纳米颗粒；
[0058] 图5示出通过电容耦合和量子力学隧穿彼此电耦合的多个纳米颗粒；
[0059] 图6a示出在压缩应力下的导电纳米颗粒层；
[0060] 图6b示出在拉伸应力下的导电纳米颗粒层；
[0062] 图8示出石墨烯场效应晶体管的电导如何随栅极电压而变化；
[0063] 图9示出图2的场效应晶体管的电导如何被预测为随应变而变化；
[0064] 图10示出给定材料的最大曲率半径；
[0065] 图11示出被布置成形成多路复用结构的多个场效应晶体管；
[0066] 图12a示出颗粒间间距如何随压缩应力及拉伸应力而变化；
[0067] 图12b示出在图11的多路复用结构上的应变点；
[0068] 图12c示出在压缩应力及拉伸应力的影响下，沟道2的电导如何随时间而变化；
[0069] 图12d示出在压缩应力及拉伸应力的影响下，沟道6的电导如何随时间而变化；
[0070] 图13示出包括本文所描述的装置的触摸式用户接口；
[0071] 图14示出包括本文所描述的装置的设备；
[0072] 图15示出制造本文所描述的装置的方法；
[0073] 图16示出使用本文所描述的装置的方法；
[0074] 图17示出了计算机可读介质，其包括用于控制本文所描述的装置的制造和/或使用的计算机程序；以及
[0075] 图18示出用于制造石墨烯薄膜的卷对卷生产方法。
具体实施方式
[0076] 正如在背景技术部分中所述，用应力计形成的变形传感器是庞大的、复杂的和相对昂贵的。此外，应力计的大尺寸限制了系统的空间分辨率，并抑制设备小型化。现在将描述一种装置和相关的方法，其可以或不可以提供对这一问题的解决方案。
[0077] 本发明的装置包括一个或多个场效应晶体管（FET）。FET是这样的类型的晶体管，在其中沿着导电沟道承载电流，其电导可以通过横向电场来控制。在标准（平面）FET中，如图1所示，比如p型硅101的半导体被支撑在衬底102（涂覆有电绝缘层110）上，并连接到金属源极电极103和漏极电极104。通过跨半导体施加电势差105而分别经由源极电极和漏极电极注入和收集电流。在源极电极和漏极电极之间的半导体电导由通过薄的介电层107电容耦合的第三电极、栅极电极106接通和关断。可以通过测量通过半导体的电流（例如，使用电流表108）并且除以电势来确定电导。利用p型硅（或另一p型半导体），正的栅极电压的施加耗尽电荷载流子（在半导体109中产生耗尽区）并且降低了电导，而施加负栅极电压导致电荷载流子的累积（产生导电区），并且增加电导。
[0078] 如上所述，通过向栅极电极施加电压而（至少部分地）控制沟道的电导。然而，为了感测物理变形，装置需要对施加的应力（力）敏感。为了实现这一点，本发明的装置（图2）包括定位在导电沟道201和栅极电极206之间的屏蔽层211，以将电荷载流子与在栅极电极206和沟道201之间形成的电场相屏蔽。屏蔽层包括导电纳米颗粒212（例如金纳米颗粒）的层，并且被配置为使得当压缩应力或拉伸应力（或可能的剪应力）被施加到屏蔽层211时，相邻的纳米颗粒212之间的距离被改变。所施加的应力也可能会导致纳米颗粒212的位置、形状和/或定向的变化。这进而又导致有效栅极电容的变化以及在屏蔽层211中的电荷/电势分布的变化，这改变沟道201经历的电场的强度的变化。由于电场导致导电沟道201中的电荷载流子密度的变化，并且沟道的电导与电荷载流子密度（以及还有电荷载流子的迁移率）成比例，所以作为所施加应力的结果的电场强度变化导致沟道201电导的变化。
以此方式，装置的物理变形能够通过FET沟道201的电导的变化来检测。虽然本发明的装置可以在耗尽模式或增强模式中使用，但是仅耗尽模式（即其中栅极电极的电场在导电沟道中产生耗尽区，而不是导电区）在本文中得以描述。对于定量测量，可以在使用该装置之前校准电导相对应力的曲线。此外，通过使用多个FET（稍后讨论），有可能确定变形的空间分布。
以此方式，装置的物理变形能够通过FET沟道201的电导的变化来检测。虽然本发明的装置可以在耗尽模式或增强模式中使用，但是仅耗尽模式（即其中栅极电极的电场在导电沟道中产生耗尽区，而不是导电区）在本文中得以描述。对于定量测量，可以在使用该装置之前校准电导相对应力的曲线。此外，通过使用多个FET（稍后讨论），有可能确定变形的空间分布。
[0079] 导电沟道201和栅极电极206可以被形成为材料层，典型地图案化在衬底之上。结果，术语“（导电）沟道”、“栅极电极”、“屏蔽层”和“隔离层”（见下文）可以分别和术语“第一层”、“第二层”、“第三层”和“另外的层”可互换地使用。
[0080] 屏蔽层211典型地包括纳米颗粒212的密集的、高度定向的单层，并且被配置为使得在所施加的压缩应力或拉伸应力的分量平行于屏蔽层211的平面时，屏蔽层211的平面中的相邻纳米颗粒之间的距离被改变。在实践中，这可以通过弯曲/折弯、伸展或压缩该装置来实现。在某些情况下，施加垂直于屏蔽层211的力（即没有平行分量）可能通过转移在相反的方向上的底层纳米颗粒212而改变颗粒间距离。
[0081] 为了实现上述的功能，该装置必须包括柔性和/或可伸缩的材料。优选地，导电沟道201、栅极电极206、屏蔽层211和支撑衬底202中的一个或多个由能够可逆地变形的材料制成，以允许重复的感测实验。例如，导电沟道201可以包括石墨烯；栅极电极206可以包括石墨烯、石墨烯片、碳纳米管网络和金属纳米线网中的一个或多个；屏蔽层211可以包括金属纳米颗粒和硫醇分子（比如十二硫醇）的合成物；并且支撑衬底202可以包括弹性体，例如PDMS或PET。
[0082] 在一些实施例中，该装置还可以包括在栅极电极206和屏蔽层211之间的隔离层213，以防止栅极电极206和导电纳米颗粒212之间的直接物理接触，以及/或者屏蔽层211和导电沟道201之间的隔离层214，以防止导电纳米颗粒212和沟道201之间的直接物理接触。在这些实施例中，隔离层213、214可以包括电绝缘材料（比如疏水蛋白质单层）或者电绝缘聚合物（比如PDMS）。
[0083] 除能够可逆地变形之外，也将优选的是，如果用来形成导电沟道201、栅极电极206、屏蔽层211和/或支撑衬底202的材料是光学透明的。这一特征允许将该装置集成在触敏显示器（或其他可视的设备部件）上或之内，而无任何不良光学影响。
[0084] 图3示出图2中所示的装置的平面视图。然而，在该图中，该装置还包括在栅极电极的两侧用于限定电场的电接地的侧护板315。这在使用多个栅极电极306时（如下文所讨论的）是重要的，否则相邻栅极电极之间的串扰可能妨碍该装置的操作。此外，侧护板315有助于将底层屏蔽层311（电容）接地。屏蔽层311的有效接地是必要的，以在该装置被变形时最大化电场的调制。在屏蔽层311的面积远大于底层沟道301的面积的情况下，纳米颗粒的自电容可能足以将屏蔽层311接地，而不需要附加的侧护板315。
[0085] 通过使用电绝缘的两亲性表面活性剂分子416（图4a），例如硫醇（比如十二硫醇），可以将屏蔽层的导电纳米颗粒412彼此物理分离。利用硫醇分子416，硫醇基417共价地键合到纳米颗粒表面并且疏水性链烷烃链418从纳米颗粒412近似径向地延伸。虽然来自相邻的纳米颗粒412的表面活性剂分子416相互渗透，但是在该装置处于无应力状态下（图4b）时，它们防止纳米颗粒412之间的直接物理接触。在无应力状态下的相邻纳米颗粒412之间的平均距离取决于特定的表面活性剂416（即烷烃链长度），并且可以被适当地定制。然而，使用表面活性剂分子不是绝对必要的，并且可以采用其他技术以控制纳米颗粒分离。例如，如果纳米颗粒带电，可使用库仑斥力。可替换地，如果朗缪尔-布洛杰特（Langmuir-Blodgett）自组装被用于形成该单层（见下文），则平均颗粒分离是向朗缪尔-布洛杰特槽中的纳米颗粒施加的压缩的函数。
[0086] 当颗粒间间距小于1nm（近似）时，相邻纳米颗粒512通过电容耦合和量子力学耦合彼此电耦合（图5）。在该图中，术语“C”和“RT”分别表示相邻纳米颗粒512之间的电容和相邻纳米颗粒512之间的隧道结之间的电阻。
[0087] 除了彼此电容耦合之外，每个纳米颗粒还电容耦合到周围环境。当纳米颗粒的数量大时，这个所谓的“自电容”可以主导屏蔽层的总电容，如下所述。屏蔽层的总电容（Ctotal）是（i）栅极电极和屏蔽层之间的并联电容（Cgate），（ii）侧护板和屏蔽层之间的并联电容（Cguard），（iii）屏蔽层和沟道之间的并联电容（Cchannel），以及（iv）屏蔽层和周围环境之间的并联电容（Cself）的叠加，如由等式1给出：
[0088] Ctotal≈Cgate+2Cguard+Cchannel+Cself 等式1
[0089] 图6a和6b图示变形的两种极端情况。在第一种情况（图6a）下，该装置被压缩使得相邻纳米颗粒612彼此接触（颗粒间间距→0）。在这种情形下，隧穿电阻几乎为零，并且单层作为连续的金属薄膜（即量子力学耦合主导电容耦合）。有效栅极电容（即促成由导电沟道经历的电场的电容）由下式给出：
[0090] 等式2
[0091] 屏蔽层的自电容由ncself给出，其中“n”是颗粒数目并且“cself”是每个纳米颗粒和周围环境之间的电容。因此，当屏蔽层包含大量导电纳米颗粒612时，有效栅极电容是可忽略的（即金属薄膜完全屏蔽或遮蔽栅极电极）。在这种情形下，导电沟道经历可忽略的电场并且沟道电导是大的（即小耗尽区）。
[0092] 在第二中情况（图6b）下，该装置被伸展使得相邻纳米颗粒612相对彼此显著地隔离（颗粒间间距≥1nm）。在这种情形下，相邻纳米颗粒之间的电容和量子力学耦合612可忽略不计，并且有效栅极电容可以相比几何栅极电容。结果，导电沟道经历栅极电极的全部电场并且沟道的电导是小的（即大耗尽区）。
[0093] 不是考虑就纳米颗粒的数目而言的屏蔽层的总电容，更实用的方案是考虑就装置的物理尺寸而言的总电容。从公式1开始，总电容可改写为：
[0094] Ctotal≈ρ(Agatecgate+2Aguardcguard+Achannelcchannel+Ashieldcself) 等式3[0095] 其中“ρ”是纳米颗粒区域密度，“Ax”是栅极电极、侧护板、沟道和屏蔽层的近似面积，并且“cx”是单个纳米颗粒相对于电极或者周围环境的电容。术语“cself”由下式给出：
[0096] 等式4
[0097] 其中“ε0”自由空间的介电常数，并且“r”是颗粒直径。另一方面，针对x={gate（栅极）,guard（护板）,channel（沟道）}的术语“cx”可以近似为在板电极前面的球体的电容，由下式给出：
[0098] 等式5
[0099] 其中 等式6
[0100] “γ”是欧拉常数，近似等于0.5772，并且t是纳米颗粒和板电极之间的距离。如图t≈r并且ε=ε0，则屏蔽层的总电容由下式给出：
[0101] 等式7
[0102] 为了使屏蔽层的自电容主导总电容，Ashield>>Θ(Agate+2Aguard+Achannel)。然而，关键要求是屏蔽层和接地端之间的电容（Cself）远大于栅极电极和屏蔽层之间的电容（Cgate）。如果我们将屏蔽层近似为在面积为“Agate”和电势为“Vgate”的栅极电极与面积为“Achannel”的沟道之间的面积为“Ashield”的连续薄膜（其中Achannel>>Ashield），并且假定沟道的电势在接地点处，则屏蔽层的电势可以近似为：
[0103] 等式8
[0104] 因此，只要栅极电极的面积是屏蔽层的总面积的一小部分（例如，<20％、<10％或<5％），则栅极电势将被有效地遮蔽。应当强调的是，等式（8）仅对于压缩状态（图6a）成立，在压缩状态下，颗粒间的隧穿电阻可忽略。
[0105] 此外，在压缩状态下，一个重要的效果是位于栅极电极之下的纳米颗粒的电势与不位于栅极电极之下的纳米颗粒的电势更均等。因此，如果侧护板、周围环境和/或其它接地电极将屏蔽层中的底层纳米颗粒电容接地，那么该接地电势将更有效地传导至位于栅极电极之下的纳米颗粒，这对于导电沟道所经历的电场具有明显的影响。
[0106] 在图6a和6b中所示的两个极端之间，隧穿电阻（量子力学耦合）随颗粒间分离和偏置电压（即相邻纳米颗粒之间的电势差）而指数变化。图7针对在0.5nm和2.0nm之间的颗粒间分离和在1V和10V之间的偏置电压，图示这一情形。虽然没有向本发明的装置中的屏蔽层施加的直接电势，但是在纳米颗粒上感生了作为向系统中的其他电极/层（包括栅极电极、沟道和护板电极）施加的电势的函数的电势。相邻纳米颗粒之间的电势差附加地取决于相对于系统中的其他电极的纳米颗粒定向。
[0107] 如前所述，导电沟道可以由石墨烯制成。石墨烯是双极性材料并呈现出在所谓的狄拉克点（DP）的导电性最小值。石墨烯沟道电导随栅极电压的变化在图8中图示。在没有任何杂质或缺陷的纯净的本质石墨烯中，DP在0V。然而，在实践中，DP通常从该位置移位，并且甚至可以通过石墨烯的受控掺杂来进行调谐。
[0108] 图9示出基于石墨烯的FET变形传感器的电导如何被预测为随压缩及拉伸应力/应变而变化。当栅极电压为零时，耗尽区可忽略不计，并且沟道的电导大。这通过在图形的顶部的虚线表示。在以耗尽模式工作的传统FET（没有本发明的装置的屏蔽层）中，如果栅极电极的所施加的场的极性正确，则所施加的场降低沟道中的电荷载流子的密度。这通过在图形的底部的虚线来表示。然而，当将可变形的屏蔽层添加到该结构中，导电纳米颗粒起作用以调制栅极电极的电场。调制的程度取决于（至少部分地）纳米颗粒的间距，该间距如前文所讨论的由装置的物理变形控制。当屏蔽层经受压缩应变时，沟道的电导增加直到其达到最大值（对应于图6a中所示的情形，其中纳米颗粒形成连续金属薄膜）。当屏蔽层经受拉伸应变时，沟道的电导降低直到其达到最小值（对应于图6b中所示的情，其中纳米颗粒彼此被物理上隔离并且有效地解耦合）。然而，应当指出，如上述所用的术语“最大”和“最小”指的是在特定栅极电势下的沟道的电导，并且因此可以通过调节栅极电势来改变。
[0109] 然而，重要的是注意到所施加的栅极电压不应与石墨烯沟道的DP同时发生，否则压缩和拉伸应力可能导致相同的输出电导，使得难以确定装置的物理状态。
[0110] 用来导致沟道电导的改变的屏蔽层的机械变形可通过弯曲/折弯、压缩或伸展装置和/或包括该装置的设备来执行。不同的材料允许不同程度的机械变形。用于给定材料的最大曲率半径（ρ）（图10）可以使用以下等式来近似地估计：
[0111] 等式9
[0112] 其中，y是材料的厚度的一半并且和ε是应变。然而，对关于偏置电压的隧穿电阻（见图7）的依赖意味着系统对机械变形的灵敏度可以通过调节偏置电压来针对具体材料或应用进行定制。期望0.5％-1.0%的敏感度，该灵敏度可相比与使用应力计形成的现有变形传感器。
[0113] 如所提到的，有可能由多个FET形成多路复用结构，以允许变形的空间分布的测量。图11图示二维传感器阵列，其包括六个导电沟道1101和五个栅极电极1106。传感器阵列还可以包括与栅极电极1106相邻的侧护板，如前文所述。每个沟道1101被配置用于能够实现电荷载流子从源极电极（标记为“s1”到“s6”）到漏极电极（标记为“d1”到“d6”）的流动，并且每个栅极电极1106被配置用于使用电场来控制电荷载流子的密度。每个栅极电极1106的电压被标记为“Vg1”到“Vg5”。导电沟道1101和栅极电极1106可以由（掺杂）石墨烯带形成。，在这个例子中，沟道1101被布置成基本上彼此平行，栅极电极1106被布置成基本上彼此平行，并且沟道1101被布置成基本垂直于栅极电极1106（虽然其它配置是可能的）。在这种配置中，每个栅极电极1106能够控制通过不同沟道1101中的每个沟道的电流的流动。
[0114] 图12a至12d图示二维传感器阵列的工作原理。向栅极电极1206中的每一个电极顺序地施加脉冲电压（同时其他栅极电极接地），并且每个沟道1201的电导被分开测量。
[0115] 图12a示出经受在装置被弯曲时的压缩应变1219和拉伸应变1220的屏蔽层1211（在横截面中）。如可以看到的那样，拉伸应变1220使得导电纳米颗粒1212彼此舒展开，而压缩应变1219使导电纳米颗粒1212靠拢在一起。图12b示出在平面视图中的装置。在该图中，字母“cn”表示沟道“n”并且字面“gn”表示栅极电极“n”。在该特定示例中，压缩应变1219和拉伸应变1220影响在栅极g2、g3、g7和g8处的沟道c2，如分别由虚线椭圆1221和1222所指示的。
[0116] 图12c和图12d显示沟道c2和c6的电导值。首先参考图12d，沟道c6的电导随时间保持恒定。这表明在栅极电极g1-g9和沟道c6之间的结点中的任何结点处，没有向装置施加压缩应力或拉伸应力。与此相反，图12c显示沟道c2的电导值随时间变化。特别地，该图形表明在向栅极电极g2和g3施加电压时，电导降低（相对于与未施加应力相关联的电导），而当向栅极电极g7和g8施加电压时，电导增加。这些读数指示正在向沟道c2与栅极电极g2和g3之间的结点施加拉伸应力（即增加的颗粒间距减小电场的屏蔽），并且正在向沟道c2与栅极电极g7和g8之间的结点施加压缩应力（即降低的颗粒间距增加电场的屏蔽）。
[0117] 如从上述示例可以看出，多路复用结构允许用户确定传感器阵列的哪个沟道-栅极结点正在经受压缩或拉伸应变。以此方式，有可能精确地找出所施加的力并且/或者确定变形传感器的整体形状。虽然上文已经描述了二维传感器阵列，但是相同的概念可适于形成一维或三维传感器。
[0118] 本发明的装置的潜在应用包括应变感测、联合折弯感测和触摸式用户接口。例如，如果校准了应变相对电导的曲线，则简单地通过测量每个沟道的电导，将会有可能确定在装置上的特定点处的应变水平。这些信息在构建和电子封装工业中可能特别有用。另一方面，形状检测可以在联合折弯感测应用中特别有用，比如在运动训练、运动治疗、或者甚至在游戏应用中。在这样的应用中，需要用户在身体活动期间穿戴材料以监测他/她的身体形态。图13图示触摸式的用户接口1323。使用以上描述的二维传感器阵列，系统能够基于电导值确定在触控笔1324（或用户的手指）和接口1323之间的接触（压缩或拉伸应力）的点，并且执行与所检测的位置相对应的操作。
[0120] 图14示意性图示包括本文所描述的变形传感器1426的设备1425。变形传感器1426可以被设置在设备1425之上作为表面覆盖物。设备1425还包括处理器1427、以及存储介质1428，它们通过数据总线1429彼此电耦合。设备1425可以是电子设备、便携式电子设备、便携式电信设备、用于前述设备中的任何设备的电子显示器、或用于前述设备中的任何设备的模块。
[0121] 变形传感器1426被配置用于测量每个沟道的电导（或者可能地电流流过每个沟道的电流，根据电流可以计算电导），以使得传感器1426的变形能够被检测。
[0122] 处理器1427被配置用于设备1425的总体操作，这通过向其他设备部件提供信令并且从其接收信令来管理其操作。处理器1427还可以被配置用于使用所施加的源极-漏极电压和电流读数来计算每个沟道的电导。根据特定的应用，处理器1427可以使用该电导数据来定位所施加的力的位置、确定系统中的应力或应变的位置和大小、确定系统的温度、和/或计算传感器1426的形状。
[0123] 存储介质1428被配置用于存储计算机代码，该计算机代码被配置用于执行、控制或实现变形传感器1426的制作和/或操作，如参考图17所描述的。存储介质1428还可以被配置用于存储其他设备部件的设置。处理器1427可以访问存储介质1428以获取部件设置以便管理其他设备部件的操作。特别地，存储介质1428可以包括一系列先前测量的沟道电流或电导，根据其可以确定应力或应变的类型（即压缩或拉伸）和大小。类似地，存储介质1428可以包括一系列先前确定的应力或应变，根据其可以推导温度。存储介质1428可以是临时存储介质，比如易失性随机存取存储器。另一方面，存储介质1428可以是永久性存储介质，比如硬盘驱动器、闪速存储器、或非易失性随机存取存储器。
[0124] 在图15中示意性地图示用来制造装置1426的方法的主要步骤1530-1532。同样地，在图16中示意性地图示用来操作装置1426的方法的主要步骤1633-1634。
[0125] 如前文所讨论的，石墨烯可以用于形成导电沟道、栅极电极、侧护板、以及可能地源极电极和漏极电极。图18示出制造如下石墨烯薄膜的低成本方法，该石墨烯薄膜可以被用于在柔性支撑衬底之上形成导电沟道。然后可以在石墨烯沟道之上制造屏蔽层和栅极电极。然而，应当指出，有用于生长和转移石墨烯薄膜的许多不同方法，并且这些过程中的任何过程可以被用来形成本文所描述的装置。
[0126] 制造过程的第一步骤是使用化学气相沉积在铜箔卷1837上生长石墨烯薄膜1836。为此，将铜箔卷1837插入到管状石英反应器中，并且在10sccm和180mTorr的H2流量下加热至1000℃。然后在不改变流速或压力，将铜箔1837在1000℃下退火30分钟。然后，CH4和H2的气体混合物在1.6Torr下分别在30sccm和10sccm下流动持续15分钟。在此之后，在压力为180mTorr的H2流量下将铜箔1837以-10℃/秒的速率快速冷却至室温。
[0127] 在石墨烯薄膜1836的生长之后，通过在～0.2MPa的压力下在两个辊1839之间压缩材料而将热释放胶带层1838附着于石墨烯薄膜1836。这一步骤导致石墨烯薄膜1836被夹在热释放层1838和铜箔1837之间。下一个步骤是去除铜箔1837。这通过传递材料通过铜蚀刻剂1840的溶池浴来实现。如在图18中可见，材料可以用一组辊1839来输送。当使用三个辊1839时，材料传递通过蚀刻剂1840一次，但是可以使用更多数量的辊1839以便将材料暴露于蚀刻剂1840不止一次。除了使用辊1839，可以将蚀刻剂1840喷射到铜箔1837上，或可以将材料浸入蚀刻剂1840持续预定的时间段。轻柔的搅动可以与这些技术中的任何技术来使用以进一步促进铜箔1837的去除。在蚀刻铜箔1837之后，用去离子水冲洗材料，以去除任何残留的蚀刻剂1840。该步骤的结果是石墨烯薄膜1836仅由热释放胶带层1838支撑。
[0128] 这个过程中的下一个步骤是将石墨烯薄膜1836从热释放层1838转移至选择的衬底1841。将由热释放胶带1838支撑的石墨烯薄膜1836与目标衬底1841一起传递通过一组加热辊1842，并加热至90-120℃持续3-5分钟。在该温度下，热能导致热释放胶带1838从石墨烯薄膜1836自由脱落。材料在该温度下的压缩还允许石墨烯薄膜1836结合到目标衬底1841。
[0129] 卷对卷过程（如上所述）产生单个连续的石墨烯薄膜1836。薄膜1836现在需要被图案化为多个石墨烯带以形成各种沟道。这可以通过掩模层（以希望的图案形状沉积在石墨烯上）来蚀刻石墨烯薄膜1836以从暴露的区域去除石墨烯来执行（未示出）。在蚀刻完成后，掩模层（其可以是电子抗蚀剂、光致抗蚀剂或聚合物层）然后可以被去除。在去除掩模层后，然后可以在石墨烯沟道之上制造屏蔽层211和栅极电极206以形成本文所描述的变形传感器1426。
[0130] 关于屏蔽层的制造，有可用于形成纳米颗粒单层的许多不同的技术。一种方法依赖于使用朗缪尔-布洛杰特（Langmuir-Blodgett）自组装。在该方法中，纳米颗粒在水气界面处聚集（并且最初完全分离），然后在朗缪尔-布洛杰特槽中压缩。随着压缩继续，纳米颗粒自聚集成井然有序的密堆积单层。另一种方法依赖于两种不混溶相之间的纳米颗粒的自聚集。这种技术需要以特定方式功能化纳米颗粒以使得它们在两个不混溶相中的任一个相都是不能溶解的。在这两个聚集方法中，可以使用水平或垂直浸渍过程来执行从液面提取单层。这涉及使衬底与单层接触以使单层粘贴到衬底，而不是留在液面上。
[0131] 栅极电极、侧护板、源极电极和漏极电极可以由石墨烯片制成。为此，电极制剂（例如，包括分散在导电性聚合物粘合剂内的石墨烯片）可以被制备为油墨并使用任何标准的印刷（包括喷墨、柔版印刷、凹版印刷或丝网印刷和移印）或涂敷（包括狭缝式涂敷、条式涂敷、棒式涂敷、气刀涂敷、滑动料斗涂敷或帘式涂敷）过程进行沉积。
[0132] 可以使用如下方法来制备电极制剂。然而，应当指出，所提及的数量和参数可以改变以便按比例增加产量。首先，通过基于修改的Hummers方法氧化天然石墨粉（SP，320网格）来制备石墨烯氧化物，如在N.Kovtyukhova等人的题为“Layer-by-Layer Assembly of Ultrathin Composite Films from Micron-Sized Graphite Oxide Sheets and Polycations”的研究公开（Chem.Mater.11,771（1999））中所描述的那样。石墨烯氧化物然后被悬浮于超纯水以产生布朗扩散，并进行4天的透析以完全去除残留的盐和酸。所得的纯化的石墨烯氧化物粉末是通过离心分离进行收集并且然后进行风干。在此之后，石墨烯氧化物粉末被扩散于水中，以产生0.05wt%的分散，然后进行1小时的超声波剥离，在该过程期间，大块的石墨烯氧化物粉末被变换为石墨烯氧化物片。石墨烯氧化物片然后被分散在所选择的导电聚合物粘合剂（其将根据特定的印刷或涂敷过程而变化）中，并用作可印刷的油墨以形成电极和/或侧护板。除了使用导电聚合物粘合剂，可以将石墨烯片悬浮在有机溶剂中。在沉积之后，溶剂可以被蒸发以留下石墨烯片层。
[0133] 图17示意性图示提供根据一个实施例的计算机程序的计算机/处理器可读介质1735。在该示例中，计算机/处理器可读介质1735是光盘，比如数字化通用光盘（DVD）或压缩光盘（CD）。在其它实施例中，计算机/处理器可读介质1735可以是已经以关于执行发明性功能的方式进行程序化的任何介质。计算机/处理器可读介质1735可以是诸如记忆棒或存储卡（SD、迷你SD或微型SD）的可移除存储设备。
[0134] 该计算机程序可以包括被配置用于执行、控制或实现以下操作的一个或多个的计算机代码：沉积第一层；在第一层之上沉积第三层；以及在第三层之上沉积第二层以形成装置，该装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在第一层和第二层之间形成的电场来控制在第一层中的电荷载流子的密度；第三层，定位于第一层和第二层之间，以将第一层与电场相屏蔽，其中第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于第三层时，第一层所经历的电场的强度发生改变，导致电荷载流子密度的变化和第一层的电导的对应变化。
[0135] 该计算机程序也可以被配置用于执行、控制或实现以下操作中的一个或多个：提供/使用一种装置，该装置包括：第一层，被配置用于实现从源极电极向漏极电极的电荷载流子流动；第二层，被配置用于使用在第一层和第二层之间形成的电场来控制通过第一层的电荷载流子的密度；第三层，定位于第一层和第二层之间，以将第一层与电场相屏蔽，其中第三层包括导电纳米颗粒层并且被配置为使得当应力被施加于第三层时，第一层所经历的电场的强度发生改变，导致电荷载流子密度的变化和第一层的电导的对应变化；以及测量第一层的电导。
[0136] 附图中所描绘的其他实施例使用对应于在前描述的实施例中的类似特征的附图标记进行了提供。例如，特征编号1还可以对应于编号101、201、301等。这些编号的特征可能出现在附图中，但是在这些特定实施例的描述中可能未被直接引用。这些都仍然被提供在附图中，以帮助理解进一步的实施例，特别是涉及到类似的在前描述的实施例中的特征。
[0137] 本领域读者将要意识到的是，任何所提到的装置/设备/服务器和/或所提到的特定装置/设备/服务器的其它特征可以由被布置为使得它们成为被配置以仅在被使能（例如，开机等）时才执行所期望操作的装置来提供。在这样的情况下，它们可以不必具有加载到活动存储器中的非使能（例如，关闭状态）的适当软件而是仅加载使能（例如，开启状态）的适当软件。该装置可以包括硬件电路装置和/或固件。该装置可以具有被加载到存储器上的软件。这样的软件/计算机程序可以被记录在相同的存储器/处理器/功能单元上和/或记录在一个或多个存储器/处理器/功能单元上。
[0138] 在一些实施例中，所提到的特定装置/设备/服务器可以利用适当软件进行预编程以执行所期望的操作，并且其中适当软件能够通过由用户下载“密钥”以例如用于解锁/使能该软件及其相关联功能而被使能以供使用。与这样的实施例相关联的优势可以包括在设备需要另外的功能时减少对下载数据的要求，并且这在设备被认为具有充足容量以针对可能未被用户所使能的功能而存储这样的预编程软件的示例中会是有用的。
[0139] 将要意识到的是，任意所提到的装置/电路装置/元件/处理器可以具有所提到的功能之外的其它功能，并且这些功能可以由相同的装置/电路装置/元件/处理器来执行。一个或多个所公开的方面可以涵盖相关联计算机程序以及记录在适当载体（例如，存储器、信号）上的计算机程序（其可以是源/传输编码的）的电子分布。
[0140] 将要意识到的是，这里所描述的任意“计算机”可以包括可以或者不可以位于相同电路板或者电路板的相同分区/位置或者甚至相同设备上的一个或多个个体处理器/处理元件的集合。在一些实施例中，一个或多个任意所提到的处理器可以分布在多个设备上。相同或不同的处理器/处理元件可以执行这里所描述的一个或多个功能。
[0141] 将要意识到的是，术语“信令”可以是指作为所传送和/或接收的一系列信号进行传送的一个或多个信号。该系列信号可以包括一个、两个、三个、四个或甚至更多的个体信号分量或不同信号以构成所述信令。这些个体信号中的一些或全部可以同时、顺序传送/接收，和/或使得它们在时间上互相有所重叠。
[0142] 参考对所提到的任意计算机和/或处理器和存储器（例如，包括ROM、CD-ROM等）的任意讨论，这些可以包括计算机处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和/或已经以执行本发明的功能的方式进行了编程的其它硬件组件。
[0143] 申请人因此单独公开了本文所述的每个单独的特征和两个或更多个这样的特征的任意组合，达到能够基于本说明书整体、根据本领域技术人员的普通常识执行这些特征或组合的程度，而不管这些特征或特征组合是否解决了本文公开的任意问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指示出所公开的方面/实施例可以构成任意这种单独的特征或特征组合。鉴于前文的描述，对于本领域技术人员而言，很显然在本文公开的范围中可以做出各种修改。
[0144] 虽然已经示出、描述并且指出了应用于它们的不同实施例的基本新颖性特征，但是将要理解本领域技术人员可以做出所述设备和方法的形式和细节的各种省略和替换和修改，而不脱离本发明的精神。例如，明显地意图将用于按照基本上相同的方式来执行基本上相同的功能以实现相同的结果的那些元件和/或方法步骤的全部组合落入本发明的范围中。此外应该认识到，结合任何公开的形式或实施例所示出并且/或者描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以并入任意其他公开或描述或建议的形式或实施例以作为设计选择的总体问题。此外，在权利要求中，装置加功能语句意图覆盖本文描述为执行所记载的功能的结构，并且不仅仅是结构上等效而且是等效的结构。因此，虽然由于钉子和螺丝钉可能不是结构上等效的，原因是钉子利用圆柱形表面来将木制部分固定在一起，而螺丝钉采样螺旋状表面，但是在紧固木制部分的实施方式中，钉子和螺丝钉可以是等效的结构。
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