一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法技术

本发明专利技术是一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法，在衬底（1）上覆盖二氧化硅的氧化物层（2）和聚合物层（3）构成复合绝缘层，聚合物层对氧化物层起保护作用，使NO2分子不会深陷于二氧化硅中，有利于NO2分子的解吸附。采用旋涂法将二氧化钛溶液制成薄膜作为氧化物缓冲层（4），在氧化物缓冲层（4）上先后以快速、慢速、再快速的蒸镀速率真空沉积生长六噻吩柱状纳米晶体构成有机纳晶层（5），然后继续旋涂氧化物缓冲层（6），最后蒸镀金电极（8）。氧化物缓冲层使电子传输速率大大增加，提高对NO2分子的敏感性和响应度。六噻吩柱状纳米晶体构成的有机纳晶层具有三维吸附和解吸附特点，提高传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法
本专利技术涉及一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法，属于有机半导体领域。
技术介绍
由于空气污染严重，气体传感器的环境监测非常有意义。二氧化氮（NO2）是燃烧燃料引起的主要污染物，可能导致光化学烟雾、急性肺炎、酸雨、水肿和眼部发炎，甚至可能会导致癌症。无机NO2传感器通常体积大，选择性低，功耗高。因此，开发具有高敏感性和选择性、重量轻、功耗低的新型气体传感器是非常重要的。有机场效应晶体管传感器是一种利用有机半导体作为有源层的新型气体传感器。一方面，有机场效应晶体管传感器是现代电子学的关键组成部分，与无机气体传感器相比，在分子设计多样性、低成本、重量轻、机械柔性、低工作电压等方面具有显著的优势。另一方面，有机场效应晶体管传感器被认为是用于高质量的有机薄膜环境监测重要方案。因此本专利技术将聚合物PVP溶液旋涂于二氧化硅SiO2绝缘层之上构成聚合物/氧化物复合绝缘层，降低了NO2分子在SiO2绝缘层中的吸附作用，优化了探测气体NO2分子的吸附/解吸附过程。通过快速、慢速、再快速的连续蒸镀速率的方法制备出具有柱状结构的六噻吩有机纳晶层，实现对NO2分子的三维吸附。并且通过增加氧化物缓冲层结构降低接触面电阻，大大优化了载流子传输速率，有利于对NO2分子的高度敏感反应和传感器的快速回复。
技术实现思路
本专利技术提供一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法。聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管结构如图1。在衬底（1）上覆盖的复合绝缘层包括氧化物层（2）、PVP聚合物层（3），氧化物层（2）由SiO2组成，厚度在200-220nm之间。用乙醇溶剂溶解PVP制成浓度为5mg/ml的溶液，然后在室温下采用旋涂法在前转400r、6s，后转1300r、30s的条件下制成聚合物层（3），厚度在200到300nm之间。PVP的聚合物层（3）结构致密，对氧化物层（2）具有保护作用，使NO2分子不会深陷于氧化物层（2）中。将TiO2粉末溶于乙醇溶剂中，制成浓度为2mg/ml的溶液，室温下采用旋涂法在前转500r、6s，后转1800r、30s的条件下制成薄膜，厚度在50到100nm之间，作为氧化物缓冲层（4）和（6），降低了接触面的电阻，增大了载流子传输速率。在90℃的衬底温度、8×10-4Pa的真空度下在氧化物缓冲层（4）上生长六噻吩有机纳晶层（5），厚度为20nm，先后以快速0.5-1nm/min、慢速0.1-0.2nm/min、再快速0.5-1nm/min的蒸镀速率分别沉积10min、60min、10min形成六噻吩柱状纳米晶体，构成有机纳晶层（5）。具有柱状结构，增加了与NO2分子的接触面积，从而实现对NO2分子的三维立体吸附，有利于对NO2分子的高度敏感反应和传感器的快速恢复。最后在氧化物缓冲层（6）上真空蒸镀金电极（8）构成聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器。NO2分子（9）首先与氧化物缓冲层（6）接触，产生反应，电子（7）发生转移，由于电荷传递效应，电子（7）经过氧化物缓冲层（6）转移到有机纳晶层（5），再在有机纳晶层（5）和氧化物缓冲层（4）之间传递。氧化物缓冲层（4）、（6）使载流子传输速率大大增加，柱状有机纳晶层能够对NO2分子进行高效吸附，从而能够实现对NO2分子（9）的高度敏感反应和传感器的快速恢复。本专利技术有利于提高有机传感器的快速响应性及快速回复性。附图说明图1.聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器结构图。具体实施方式一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法具体实现过程：在衬底（1）上化学气相沉积二氧化硅（SiO2），厚度为200nm。用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液旋涂制成形成聚合物层（3），乙醇为溶剂，溶液浓度为5mg/ml，旋涂条件为前转400r、6s，后转1300r、30s，厚度为260nm。用二氧化钛（TiO2）溶液旋涂制成氧化物缓冲层（4）和（6），采用乙醇溶剂，溶液浓度为2mg/ml，旋涂条件为前转500r、6s，后转1800r、30s，厚度在60nm。在8×10-4Pa真空度下，衬底温度为90℃，厚度为20nm，先后以快速0.5nm/min、慢速0.1nm/min、再快速0.5nm/min的蒸镀速率分别沉积10min、60min、10min连续沉积六噻吩（α-6T）形成柱状纳米晶体构成有机纳晶层（5），最后蒸镀30nm的金电极（8）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法包括：衬底（1），复合绝缘层包括氧化物层（2）、聚合物层（3），氧化物缓冲层（4），有机纳晶层（5），氧化物缓冲层（6），电极（8）。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法包括：衬底（1），复合绝缘层包括氧化物层（2）、聚合物层（3），氧化物缓冲层（4），有机纳晶层（5），氧化物缓冲层（6），电极（8）。2.根据权利要求1所述的一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法，其特征在于复合绝缘层中氧化物层（2）采用二氧化硅（SiO2），厚度在200-220nm之间；聚合物层（3）由聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液旋涂制成，采用乙醇溶剂，溶液浓度为5mg/ml，旋涂条件为前转400r、6s，后转1300r、30s，厚度在200nm到300nm之间。3.根据权利要求1所述的一种聚合物/氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽娟，朱阳阳，李凯歌，刘思航，孙洋，王璐，孙丽晶，孙强，佟万璐，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22