有机场效应晶体管气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机场效应晶体管气体传感器及其制备方法，属于电子元器件技术领域，解决现有技术中不能精确控制有机材料内晶粒的大小、不能实现有机场效应晶体管气体传感器的室温探测的问题。本发明专利技术其结构包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、栅极绝缘层、有机半导体层，在有机半导体层上设置的源电极和漏电极，所述有机半导体层为可溶性的，在有机半导体层加入5％～15％的虫胶进行混合。本发明专利技术用于精确控制有机材料内晶粒的大小，实现有机场效应晶体管气体传感器的室温探测。

【技术实现步骤摘要】

-种，用于精确控制有机材料内晶粒 的大小，实现有机场效应晶体管气体传感器的室温探测，属于电子元器件

技术介绍
场效应晶体管是光电子和电子
的前沿研宄方向之一，由于其能在小电 流、低电压的条件下工作，因此在大规模集成电路中得到了广泛的应用。目前，有机场效应 晶体管（Organic field-effect transistor，简称OFET)已经在诸多方面显著改进了以无 机场效应晶体管为主的电子信息领域现状。近年来，基于有机半导体材料的有机场效应晶 体管的气体传感器，由于其具有多参数响应和参数放大的特性而得到了人们的广泛关注。 基于有机场效应晶体管的气体传感器具有以下优势：①有机材料的成膜技术更多更新，使得器件的尺寸能够更小便于集成化生产，有 机材料比较容易获得，且价格相对便宜，制备工艺也更为简单，制备条件更加温和，能够有 效地降低器件成本；②有机场效应晶体管具有良好的柔韧性，质量轻，便于携带。在适当范围内对柔性 0FET进行反复弯折或扭曲，不会显著影响其电学性能；③有机场效应晶体管的多个参数可以用于0FET传感器的指示参数，实现多参数 的调控模式，使基于0FET的传感器具有更好的响应特性；④有机场效应晶体管具有参数放大的特点，使基于0FET的气体传感器更加敏感。为了提高基于0FET气体传感器的响应度和回复性，通常要求在加热环境下进行 探测，而在室温探测方面仍存在较大的局限。调整有机半导体层晶粒的大小可以显著改善 器件的气体探测性能，合理地选择晶粒的大小比例可以实现室温下探测的目的，原因是合 适的大晶粒比例可以保证0FET的高性能，小晶粒的引入可以显著提高0FET传感器的响应 度。目前，控制有机半导体材料晶粒大小的主要方法是控制成膜速度和采用后退火的工艺。 存在的主要问题是形成的晶粒大小难于精确控制，达不到0FET气体传感器的应用要求；且 后退火工艺耗时耗力，对器件中其他功能层的耐热能力要求苛刻。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足之处提供了一种有机场效应晶体管气体传感器及其 制备方法，解决现有技术中不能精确控制有机材料内晶粒的大小、不能实现0FET气体传感 器的室温探测的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： 一种有机场效应晶体管气体传感器，其结构包括从下到上依次设置的衬底、栅电 极、栅极绝缘层、有机半导体层，在有机半导体层上设置的源电极和漏电极，其特征在于：所 述有机半导体层为可溶性的，在有机半导体层加入5%~15%的虫胶进行混合。 进一步，所述栅极绝缘层为可溶性的，为聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚乙烯醇（PVA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚酰亚胺（PI)的一种或多种有机聚合物绝 缘材料或二氧化硅（Si02)、三氧化二铝（A1203)、氧化钛（Ti02)的一种或多种无机绝缘材料， 厚度为150~650nm。 进一步，所述有机半导体层为聚3-己基噻吩（P3HT)、Tips-并五苯 (Tips-pentacene)的一种或多种可溶性有机半导体材料，厚度为35~350nm。 进一步，所述栅电极、源电极和漏电极为金属或者导电薄膜，源电极和漏电极厚度 为15~350nm，所述金属为金、银、铜的一种或多种，所述导电薄膜为氧化铟锡和氧化锌透 明的一种或多种。 -种有机场效应晶体管气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： ①利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对带透明栅电极ITO的衬底进 行清洗，清洗后用氮气吹干； ②在栅电极上面制备栅极绝缘层； ③将同乙醇进行1:10稀释的虫胶搅拌后，与可溶性有机半导体材料溶液进行 5%~15%的混溶，在栅极绝缘层上面制备虫胶-有机半导体层溶液，90°C进行热退火； ④在有机半导体层上制备源电极和漏电极； ⑤将步骤④制得后的有机场效应晶体管器在手套箱进行封装，手套箱为惰性气体 氛围。 进一步，所述步骤②中的虫胶-栅极绝缘层、步骤③中的有机半导体层、步骤④中 的源电极和漏电极是通过真空蒸镀、离子团束沉积、离子镀、直流溅射镀膜、射频溅射镀膜、 离子束溅射镀膜、离子束辅助沉积、等离子增强化学气相沉积、高密度电感耦合式等离子体 源化学气相沉积、触媒式化学气相沉积、磁控溅射、电镀、旋涂、浸涂、喷墨打印、辊涂、LB膜 中的一种或者几种方式形成。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于： -、在有可溶性有机半导体层中加入虫胶，可以通过调控虫胶在可溶性栅极绝缘 层中所占比例对有机材料的晶粒或多个晶粒聚集而成的岛状结构的大小进行精确简便的 控制； 二、在有可溶性有机半导体层中加入虫胶，达到OFET室温探测的目的，同时通过 调整晶粒大小的比例，起到提尚有机场效应晶体管性能的作用。【附图说明】 图1是本专利技术结构的结构示意图，从上到下依次为：1_源电极、2-漏电极、3-有机 半导体层、4-栅极绝缘层、5-栅电极、6-衬底； 图2是本专利技术采用P3HT:虫胶为85:15的OFET常温对二氧化氮的探测。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。 如图1所示，器件结构从下到上依次设置的衬底6、栅电极5、栅极绝缘层4、有机半 导体层3,在有机半导体层3上设置的源电极1和漏电极2。所述可溶性栅极绝缘层为聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯醇 (PVA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚酰亚胺（PI)的一种或多种有机聚合物绝缘材料或二氧化 硅（Si02)、三氧化二铝（A1203)、氧化钛（Ti02)的一种或多种无机绝缘材料，厚度为150~ 650nm ;所述有机半导体层为聚3-己基噻吩（P3HT)、Tips-并五苯（Tips-pentacene)的一 种或多种可溶性有机半导体材料，厚度为35~350nm ;所述栅电极、源电极和漏电极为金属 或者导电薄膜，其中源电极和漏电极厚度为15~350nm，所述金属包括金、银、铜的一种或 多种，所述导电薄膜为氧化铟锡、氧化锌透明的一种或多种。 虫胶是一种天然树脂，包括80~90%的树脂，4~7%的紫胶色素，4~7%的紫胶 蜡和2~6%的水，具有独特的优良特性，被广泛应用于食品、医药、塑料、军事、电气、橡胶、 油墨、皮革、涂料、染料和粘合剂等行业。虫胶无毒，目前在医药工业中主要用于药丸药片的 防潮糖衣、药品密封、上光、肠溶药包衣和近年发展起来的营养物与化妆品的胶囊等。紫胶 涂料同样可用于食品工业的很多方面，可被人体吸收、可自然降解，例如糖果和糕点涂了紫 胶涂料之后，可变得甚为美观、光亮，可以防潮、防结块、防变质和延长贮存时间等。水果用 紫胶涂料涂膜后，能在一定时期内抑制水分蒸发，保持新鲜，减少腐烂，改善外观，产生提高 经济效益的效果。虫胶产品具有较好的抗张强度、耐磨性、回弹性和硬度，具有理想的机械 性能。电学性能方面，虫胶的介电强度高，且在受电弧支配后，无导电性，加上它有良好的粘 着性和热塑性，在电器绝缘上有特殊的用途。另外，被水解的虫胶形成的薄膜比天然虫胶形 成的薄膜更柔软，这与虫胶中软树脂的增加有关。但水解虫胶膜的水汽浸透性比用天然虫 胶膜低一些，所以需要进行一些处理来保证虫胶的水氧阻隔能力。 实施例1 对由透明衬底及透明导电ITO所组成的基板进行清洗，清本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机场效应晶体管气体传感器，其结构包括从下到上依次设置的衬底(6)、栅电极(5)、栅极绝缘层(4)、有机半导体层(3)，在有机半导体层(3)上设置的源电极(1)和漏电极(2)，其特征在于：所述有机半导体层(3)为可溶性的，在有机半导体层加入5％～15％的虫胶进行混合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，施薇，王煦，韩世蛟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51