柔性有机薄膜湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了柔性有机薄膜湿度传感器及其制备方法，其结构如图1所示，由图可知该晶体管为底栅顶接触式，包括源电极(1)、漏电极(2)、有机半导体层(3)、绝缘层(4)、栅电极(5)和衬底(6)；该传感器中，构成衬底的材料为聚酰亚胺；构成栅电极的材料为ITO；构成绝缘层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，厚度为490nm；构成有机半导体层的材料为并五苯，厚度为40nm；构成源电极和漏电极的材料为金属金，厚度为60nm，位于有机半导体层两端；该柔性有机薄膜湿度传感器在固定源漏电压和栅源电压下，不同的湿度表现出不同的输出电流(最大可达到2倍差异)，这个现象显示出湿度传感器的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机电子传感器领域，特别涉及一种柔性有机薄膜湿度传感器。
技术介绍
柔性有机薄膜器件具有一系列优点：可制成大面积器件、材料众多易于调节性能、制备工艺简单、成本低、良好的柔韧性等。近年来，高性能、多功能有机器件的出现，使有机器件的研究取得了突破性进展。有机材料制作传感器最大的优点在于其具有良好的柔韧性，对于许多不允许硬物放置的环境提供了方便。传统的湿度传感器体积大，而柔性有机薄膜湿度传感器作为薄膜形态，检测更精密位置的湿度；柔性有机薄膜湿度传感器的另一大优势在于，由于是薄膜状传感器，其形状可以做成大面积平面状，可以贴附与物体表面，没有面积限制，且不限与平面，可以包裹在球状或任意不规则形状物体表面。可大可小、不限制形状的湿度传感器必然是作为未来发展的趋势，本专利技术采取柔性薄膜材料制作的湿度传感器对有机湿度传感器的发展意义十分重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供柔性有机薄膜湿度传感器及其制备方法。本专利技术提供的柔性有机薄膜湿度传感器，其结构如图1所示，由图可知该传感器为底栅顶接触式，包括源电极(1)、漏电极(2)、有机半导体层(3)、绝缘层(4)、栅电极(5)和衬底(6)；该传感器中，构成衬底的材料为聚酰亚胺；构成栅电极的材料为ITO；构成绝缘层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，厚度为490nm；构成有机半导体层的材料为并五苯，厚度为40nm；构成源电极和漏电极的材料为金属金，厚度为60nm，位于有机半导体层两端。本专利技术提供的制备上述柔性有机薄膜湿度传感器的方法，包括如下步骤：1)在衬底上制备栅电极；2)在所述步骤1)得到的栅电极之上制备绝缘层；3)将所述步骤2)得到的带有绝缘层的衬底与并五苯材料通过真空热蒸镀的方法制备有机半导体层；4)制备源电极和漏电极，得到所述柔性有机薄膜湿度传感器；其中，所述源电极和漏电极位于所述有机半导体层的两端；上述制备方法的步骤1)中，衬底材料可以通过商业途径购买得到，制作栅电极之前先将衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10分钟；栅电极的制备方法为磁控溅射，工作气压为1.8帕斯卡，溅射功率为160瓦，沉积时间为30分钟；步骤2)中，绝缘层的制备方法为旋涂法，先将聚甲基丙烯酸甲酯溶于苯甲醚中，溶液浓度为50毫克/毫升，旋涂速度为3000转/分，旋涂时间为60秒；步骤3)中，真空度为4×10-4帕斯卡以下，蒸镀速率为0.25埃/秒，蒸镀过程中衬底温度保持在60度。步骤4)中，源电极和漏电极的制备方法为电子束蒸发，蒸发的气压为6×10-3帕斯卡，蒸发速率为1埃/秒。本专利技术的技术分析：该柔性有机薄膜湿度传感器在固定源漏电压和栅源电压下，不同的湿度表现出不同的输出电流(最大可达到2倍差异)，这个现象显示出湿度传感器的特性；该柔性有机薄膜湿度传感器结构采用有机薄膜的形式，由于是薄膜状传感器，其形状可以做成大面积平面状，可以贴附与物体表面，没有面积限制，且不限与平面，可以包裹在球状或任意不规则形状物体表面；该器件灵敏度高，无论是在要求固定点湿度检测还是大面积范围检测都可实现的特点优于现有传感器。【附图说明】图1为本专利技术提供的柔性有机薄膜湿度传感器的结构示意图。图中，1为源电极、2为漏电极、3为有机半导体层、4为绝缘层、5为栅电极、6为衬底。【具体实施方式】下面结合具体实例对本专利技术作进一步说明。本专利技术中，输出电流和湿度的对比是在大气环境和室温条件下进行的。在固定源漏电压(-40V)后，测量器件在不同湿度下的转移输出曲线，可以得出器件对湿度最敏感时的栅源电压。对传感器施加合适的栅源电压(-30V)和源漏电压(-40V)，检测输出电流，在湿度变化时检测到的输出电流发生变化(最大可达到湿度为零时的2倍)。本实施例按照下述步骤制备柔性有机薄膜湿度传感器：1)所用衬底层为聚酰亚胺，采用磁控溅射法制作栅电极，在聚酰亚胺衬底上溅射ITO薄膜；所采用的是ITO陶瓷靶材In2O3∶SnO2＝90∶10wt.％，纯度为99％，溅射前先将聚酰亚胺分别用丙酮，乙醇，去离子水，超声清洗10分钟，溅射时工作气压为1.8帕斯卡，溅射功率为160瓦，沉积时间为30分钟，ITO薄膜厚度为30nm。2)采用旋涂的方法在栅电极上制备绝缘层，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于苯甲醚中(溶液浓度为50毫克/毫升)，旋涂速度为3000转/分，旋涂时间为60秒，将旋涂好聚甲基丙烯酸甲酯层的器件立刻放入快速升温炉中，在150度退火一小时。3)在步骤2)得到的绝缘层上通过真空热蒸镀的方法制备有机半导体层，将并五苯材料放入坩埚中，通过加热进行真空蒸镀，真空度为4×10-4帕斯卡，蒸镀速率为0.25埃/秒，蒸镀过程中衬底温度保持在60度。4)通过电子束蒸发的方法制作源电极和漏电极，选取材料为金属金，电子束蒸发的气压为6×10-3帕斯卡，蒸发速率为1埃/秒。5)在不同湿度条件下测量输出电流，显示输出电流在湿度变化时有明显的改变。本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备下述柔性有机薄膜湿度传感器的方法，包括如下步骤：1)在衬底上制备栅电极；2)在所述步骤1)得到的栅电极之上制备绝缘层；3)将所述步骤2)得到的带有绝缘层的衬底与并五苯材料通过真空热蒸镀的方法制备有机半导体层；4)制备源电极和漏电极，得到所述柔性有机薄膜湿度传感器；其中，所述源电极和漏电极位于所述有机半导体层的两端；所述柔性有机薄膜湿度传感器，包括衬底、位于所述衬底之上的栅电极和位于所述栅电极之上的绝缘层；所述柔性有机薄膜湿度传感器还包括位于所述绝缘层之上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层之上的源电极、漏电极；所述构成有机半导体层的材料为并五苯。

【技术特征摘要】
1.制备下述柔性有机薄膜湿度传感器的方法，包括如下步骤：1)在衬底上制备栅电极；2)在所述步骤1)得到的栅电极之上制备绝缘层；3)将所述步骤2)得到的带有绝缘层的衬底与并五苯材料通过真空热蒸镀的方法制备有机半导体层；4)制备源电极和漏电极，得到所述柔性有机薄膜湿度传感器；其中，所述源电极和漏电极位于所述有机半导体层的两端；所述柔性有机薄膜湿度传感器，包括衬底、位于所述衬底之上的栅电极和位于所述栅电极之上的绝缘层；所述柔性有机薄膜湿度传感器还包括位于所述绝缘层之上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层之上的源电极、漏电极；所述构成有机半导体层的材料为并五苯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，先将衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10分钟。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，真空度为4×10-4帕斯卡以下，蒸镀速率为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱宏昌，唐莹，郑亚开，马力超，彭应全，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33