一种基于有机场效应管的光敏传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有机场效应晶体管的光敏传感器及其制备方法，该制备方法，包括：对衬底进行清洗和干燥处理；采用金属纳米线，在清洗和干燥处理后的所述衬底的表面制备栅电极；将有机介电材料按比例进行超声配比，然后用配比后的溶液，在所述栅电极上面制备介电层；将有机半导体材料与叶绿素按比例进行超声混合，然后用混合后的溶液，在介电层上制备半导体层；采用金属纳米线，在所述半导体层上制备源电极和漏电极；采用虫胶，在所述源电极和漏电极上面制备封装层。本发明专利技术通过采用有机半导体材料与叶绿素的混合材料制备光敏传感器的半导体层，使得制备的光敏传感器相比传统的光敏传感器，具有高响应度和高稳定性的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机场效应管的光敏传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器
，特别涉及一种基于有机场效应管的光敏传感器及其制备方法。
技术介绍
传感器的应用领域十分宽广，可以说从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器，传感技术对国民经济的发展日益起着巨大的作用。而有机场效应晶体管光敏传感器相比于传统光敏电阻式器件，由于具有响应度高、室温工作、易于集成以及独立的多参数来提高选择性等优点，加上有机材料本身所具备的由于质轻、价廉、具有柔性、制备方法简单、种类多、性能可通过分子设计进行调整等优势，在光敏传感器领域一直倍受人们关注。然而，随着材料和制作工艺成本的增长，加上人们对环保电子材料的渴望，促使人们研发低成本、制备方法简单、种类多、环境友好的有机电子材料。以场效应管为基础构成的光敏传感器成为传感器领域的一个研究热点，将其应用于紫外光强和红外光强检测已有广泛报道。而生物材料本身所具备的来源广泛、环境友好、具有柔性、制备方法简单、种类多、性能可通过分子设计进行调整等优势，在光敏传感器领域一直倍受人们关注。叶绿素为镁卟啉化合物，属于含脂的色素家族，是植物进行光合作用的主要色素，位于类囊体膜。当叶绿素分子位于叶绿体膜上时，由于叶绿素与膜蛋白的相互作用，会使光吸收的特性进而改变。叶绿素能吸收大部分的红光和紫光，包括叶绿素a、b、c、d、f以及原叶绿素和细菌叶绿素等。叶绿素的可见光波段的吸收光谱，在蓝光和红光处各有一处显著的吸收峰，其吸收峰的位置和消光值的大小随叶绿素种类不同而有所不同。叶绿素a最大的吸收光的波长在420-663nm，叶绿素b的最大吸收波长范围在460-645nm。同时，将叶绿素材料与有机半导体材料按一定比例掺杂使用作为半导体层后，将引起半导体材料迁移率和结构的变化，从而其电学与物理性质发生较大变化，更容易感应外界的光信号，实现器件对光信号的高灵敏高稳定性探测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对传统的场效应管光敏传感器稳定性差，响应度低的问题，提供一种基于有机场效应管的光敏传感器及其制备方法，采用生物材料制备光敏传感器，不仅工艺简单，生产成本低，且该光敏传感器具有高响应度、高稳定性和高寿命。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、对衬底进行清洗和干燥处理；S2、采用金属纳米线，在清洗和干燥处理后的所述衬底的表面制备栅电极；S3、将有机介电材料按比例进行超声配比，然后用配比后的溶液，在所述栅电极上面制备介电层；S4、将有机半导体材料与叶绿素按比例进行超声混合，然后用混合后的溶液，在所述介电层上制备半导体层；S5、采用金属纳米线，在所述半导体层上制备源电极和漏电极；S6、在所述源电极和漏电极上面制备封装层。进一步地，步骤S3中的所述介电层和步骤S4中的所述有机半导体层，均通过旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备。进一步地，步骤S2中的栅电极，以及步骤S5中的源电极和漏电极，均通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷、打印或旋涂中的一种方法制备。进一步地，步骤S2和S5中，所述金属纳米线为铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线和铟纳米线中的一种。进一步地，步骤S3中，所述有机介电材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酰亚胺和聚乙烯中的一种或多种的组合。进一步地，步骤S4中，所述有机半导体材料为聚3-己基噻吩、Tips-并五苯、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物和PBTTT中的一种。进一步地，步骤S4中，所述叶绿素为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d、叶绿素f、原叶绿素和细菌叶绿素中的一种。进一步地，步骤S6中，在所述源电极和漏电极上面制备封装层的过程具体为：先迅速提高虫胶的加热温度，使得虫胶处于热熔状态，从而使虫胶与所述衬底熔在一起，然后再加热虫胶到热聚合温度，使得虫胶发生热聚合反应，进而固化为一体。一种基于有机场效应管的光敏传感器，包括：从下到上依次设置的衬底、栅电极、介电层、半导体层、互不接触的源电极和漏电极、以及封装层；所述半导体层为，如权利要求1-8任一项所述的基于有机场效应管的光敏传感器的制备方法的步骤S4中，将有机半导体材料与叶绿素按比例进行超声混合，然后用混合后的溶液，在所述介电层上制得。优选地，所述介电层厚度为200～500nm；所述有机半导体层的厚度为50～120nm；所述封装层，厚度为200～300nm。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过采用有机半导体材料与叶绿素的混合材料制备光敏传感器的半导体层，从而使得制备的光敏传感器为有机场效应管的光敏传感器，相比传统的光敏传感器，具有高响应度和高稳定性的特点；2、本专利技术中，叶绿素作为一种天然的生物材料，具有含量丰富，提取工艺简单，跟人体无抵触排异现象等优点，杜绝了氯苯、甲苯、氯仿及苯甲醚等有毒试剂的使用；3、本专利技术中，由于叶绿素的可见光波段吸收光谱在蓝光和红光处各有一处显著的吸收峰，其吸收峰的位置和消光值的大小随叶绿素种类不同，因此可以根据需求制作不同光波段的光敏传感器，从而实现对可见光波段的探测；4、本专利技术中，通过将叶绿素与有机半导体材料进行合适比例混合，对有机半导体材料进行分子调控，将引起半导体材料迁移率和结构的变化，从而其电学与物理性质发生较大变化，更容易感应外界的光信号，实现光敏传感器对光信号的高灵敏高稳定性探测；5、本专利技术中，由于叶绿素分子易受到酸、碱、氧等环境氛围的影响而发生降解，因此在与有机半导体材料的混合使用中，能受到有机半导体材料结构上的保护，避免酸、碱、氧等因素，从而提高光敏传感器的使用寿命；6、本专利技术中，整个有机场效应晶体管的光敏传感器，由于包含生物材料，使其将具备应用于柔性、微型、仿生、生物电子以及一次性人体电子器件中的巨大潜力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术的光敏传感器的制备方法的流程图。图2是本专利技术的光敏传感器结构示意图。图3a是传统的光敏传感器的响应时间电流曲线。图3b是采用叶绿素b的光敏传感器的响应时间电流曲线。图3c是采用叶绿素c的光敏传感器的响应时间电流曲线。附图标记：1-衬底，2-栅电极，3-介电层，4-半导体层，5-源电极，6-漏电极，7-封装层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对衬底(1)进行清洗和干燥处理；S2、采用金属纳米线，在清洗和干燥处理后的所述衬底(1)的表面制备栅电极(2)；S3、将有机介电材料按比例进行超声配比，然后用配比后的溶液，在所述栅电极(2)上面制备介电层(3)；S4、将有机半导体材料与叶绿素按比例进行超声混合，然后用混合后的溶液，在所述介电层(3)上制备半导体层(4)；S5、采用金属纳米线，在所述半导体层(4)上制备源电极(5)和漏电极(6)；S6、在所述源电极(5)和漏电极(6)上面制备封装层(7)。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对衬底(1)进行清洗和干燥处理；S2、采用金属纳米线，在清洗和干燥处理后的所述衬底(1)的表面制备栅电极(2)；S3、将有机介电材料按比例进行超声配比，然后用配比后的溶液，在所述栅电极(2)上面制备介电层(3)；S4、将有机半导体材料与叶绿素按比例进行超声混合，然后用混合后的溶液，在所述介电层(3)上制备半导体层(4)；S5、采用金属纳米线，在所述半导体层(4)上制备源电极(5)和漏电极(6)；S6、在所述源电极(5)和漏电极(6)上面制备封装层(7)。2.如权利要求1所述的基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3中的所述介电层(3)和步骤S4中的所述有机半导体层(4)，均通过旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备。3.如权利要求1所述的基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中的栅电极(2)，以及步骤S5中的源电极(5)和漏电极(6)，均通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷、打印或旋涂中的一种方法制备。4.如权利要求1所述的基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2和S5中，所述金属纳米线为铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线和铟纳米线中的一种。5.如权利要求1所述的基于有机场效应晶体管的光敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述有机介电材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，邵炳尧，庄昕明，侯思辉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51