本发明专利技术公开了一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底、绝缘层a、功能绝缘层、绝缘层b、有机半导体层，有机半导体层上设置有源电极和漏电极，衬底与绝缘层a之间还设置有栅电极，所述绝缘层a、绝缘层b由不含羟基的聚合物绝缘材料构成，所述功能绝缘层由含羟基的聚合物绝缘材料构成。本发明专利技术通过在两层绝缘层之间引入含有羟基的绝缘层材料，提高了有机场效应管的气敏特性；当氨气分子渗入到绝缘层/有机半导体层界面时，功能绝缘层中的羟基含有的-OH会发生反转，从而诱导出相应数量的空穴电荷，导致器件的饱和电流，迁移率等参数改变，从而实现对氨气的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器制备
，特别涉及一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器。该气体传感器通过加入含羟基的聚合物绝缘层，既可实现提升氨气检测能力，又能大幅改善器件环境稳定性。
技术介绍
随着电子学的飞速发展及其在传感器领域的应用，以场效应管为基础构成的化学传感器成为传感器领域的一个研究热点，将其应用于无机和挥发性气体的检测已有广泛报道。与传统的气体传感器相比，基于场效应管结构的气体传感器除了具有灵敏度高、可在常温下使用等优点外，还具有几个显著优点: 1)利用晶体管基本特性将难以检测的高电阻变化转变为易检测的电流变化； 2)可通过适当选择器件的栅极工作电压来调节传感器的灵敏度； 3)多参数模式更有利用气体的识别和分析； 4)易于集成，可制备大面积传感器阵列，便于向集成化、微型化方向发展。然而现有的场效应管气体传感器能在大气环境中稳定工作的，多为硅基场效应管，大量使用时会对环境造成污染，制备过程复杂，造价昂贵，且不易实现柔性、大面积器件；与之相对的，聚合物绝缘材料，造价低廉，制备过程简单，易于制备大面积柔性器件，然而在空气中很容易变性，特别是含有羟基的聚合物绝缘材料极易与水分子结合；同时，作为场效应管重要组成部分绝缘层来说，聚合物绝缘材料可实现溶液法制备，在低温下即可形成品质良好的薄膜，其中含羟基的聚合物材料还可以采用水、醇溶剂体系，进一步降低对环境的危害。现有的基于p型有机半导体材料的有机场效应管氨气传感器，在检测氨气时，其参数变化为负向变化，即饱和电流、迀移率减小，阈值电压负向漂移，虽然有不错的恢复性能，但是高强度高浓度检测环境下，极易中毒，导致器件失灵。而基于η型有机半导体材料的有机场效应管氨气传感器则因为其在空气稳定性中的先天不足，很少应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于改善现有的有机场效应管氨气传感器缺点，补充传统硅基场效应管氨气传感器的不足，提供一种制备工艺简单，生产成本低廉，可在大气环境下实现对目标气体稳定检测的一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器。本专利技术的技术方案为: 一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器，包括衬底、栅电极、绝缘层a、功能绝缘层、绝缘层b、有机半导体层、源电极和漏电极，所述栅电极设置与衬底之上，绝缘层a设置于栅电极之上，功能绝缘层设置于绝缘层a之上，绝缘层b设置于功能绝缘层之上，有机半导体层设置与绝缘层b之上，源电极和漏电极分别设置于有机半导体层之上；所述绝缘层a、b由不含羟基的聚合物绝缘材料构成，所述功能绝缘层由含羟基的聚合物绝缘材料构成。进一步的，所述功能绝缘层为氨功能化氧化石墨烯、聚(4-乙烯基苯酚)、聚(4-乙稀基苯酸-co-甲基丙稀酸甲酯)、聚乙稀醇中的一种，厚度为50 nm~100 nm。进一步的，所述绝缘层a、b可为同种或两种材料，为聚苯乙烯、聚(二甲基硅氧烷)、聚(双酚A-co-4-硝基苯二甲酸酐-co-l，3-苯二胺)、聚(双酚A碳酸酯)、聚(4-甲基-1-戊稀)、1，2- 一.( 二氣甲娃烧基)乙烧、1, 6- 一.( 二氣甲娃烧基)己烧、聚(4-叔丁基苯乙烯)、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、2，4，6，8-四甲基环四硅氧烷、4'-己基-(1，广-联苯基)-4-腈、三甲氧基(十八烷基)硅烷、碳酸丙烯酯、聚、2，3，5，6-四甲基-对苯二胺中的一种，厚度为100nm?200 nmD进一步的，所述有机半导体层由p型有机半导体构成，为酞菁铜、苯并蒽、红荧烯、并五苯、四硫富瓦烯、双(亚乙基二硫醇)四硫代富瓦烯、6，13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、六噻吩、5，5' -二(4_联苯基)_2，2' _联噻吩、5，5' _ 二己基-2，2'-联噻吩、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物中的一种，所述半导体层厚度为30 ~ 50 nm。进一步的，所述栅电极、源电极和漏电极由金、银、铜或铝及其合金材料中的一种制成，源电极和漏电极的厚度为30nm ~ 80nmo进一步的，所述衬底为硅片、玻璃、聚合物薄膜、金属箔、植物纤维、纤维蛋白凝胶、明胶、聚乳酸、病毒纤维素、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或多种。进一步的，所述栅电极、源电极、漏电极是通过真空热蒸镀、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，所述绝缘层通过旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备，所述有机半导体层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备 与现有技术相比，本专利技术的优点在于: 一、功能绝缘层的作用在于其含有羟基，在负向电压作用下，其-0H会发生反转，会在绝缘层/有机半导体层界面产生空穴，在氨气作用下，产生的空穴电荷浓度会大幅上升，从而提尚氣气探测能力。二、本专利技术通过在两层绝缘层之间引入含有羟基的绝缘层材料，提高了有机场效应管的气敏特性；当氨气分子渗入到绝缘层/有机半导体层界面时，功能绝缘层中的羟基含有的-0H会发生反转，从而诱导出相应数量的空穴电荷，导致器件的饱和电流，迀移率等参数改变，从而实现对氨气的检测；相对于其他同类传感器，该传感器对有机半导体依赖较低，同时绝缘层来源广泛成本低廉，制备工艺也极其简单，且无需后续封装方法，更适宜大规模、快速产业化生产。三、通过引入功能绝缘层，实现对氨气探测性能的有效提高，而且其参数变化为正向增强变化，即饱和电流、迀移率变大，恢复性能好(与现有的基于P型有机半导体材料的氨气传感器相反);四、相对与传统硅基场效应管气体传感器，本专利技术可在大气环境下持续稳定工作，且所需材料、制备过程绿色无污染。【附图说明】图1是本专利技术的结构简单示意图； 图中:1_衬底、2-栅电极、3-绝缘层a、4-功能绝缘层、5-绝缘层b、6-有机半导体层、7-源电极、8-漏电极。图2是本专利技术实施例1制备的器件对连续变化的不同浓度的氨气实现了有效检测。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步说明。参照图1，一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器，包括1衬底、2栅电极、3绝缘层a、4功能绝缘层、5绝缘层b、6有机半导体层、7源电极和漏电极8，所述栅电极设置与衬底之上，绝缘层a设置于栅电极之上，功能绝缘层设置于绝缘层a之上，绝缘层b设置于功能绝缘层之上，有机半导体层设置与绝缘层b之上，源电极和漏电极分别设置于有机半导体层之上。以下是本专利技术的具体实施例: 实施例1: 如图1所示为底栅顶接触式结构，各层的材料和厚度为:衬底1为玻璃，栅电极2为铝，厚度为30 nm，绝缘层a 3为聚甲基丙稀酸甲酯，厚度为100 nm，功能绝缘层4为聚乙稀醇，厚度为30 nm，绝缘层b 5为聚甲基丙烯酸甲酯，厚度为100 nm，有机半导体层6为酞菁铜，厚度为30 nm,源电极和漏电极7均为Au，厚度为30 nm。制备方法如下: ①对衬底1进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干； ②在衬底1表面溅射栅电极； ③在所述栅电极上面旋涂绝缘层a; ④在所述绝缘层a上采用旋涂法制备功能绝缘层； ⑤在所述功能绝缘层上采用旋涂法制备绝缘层a; ⑥在绝缘层b上通过真空蒸镀制备有机半导体层； ⑦在半导体层上采用真空蒸镀法制备源电极和漏电极。实施例2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底（1）、绝缘层a（3）、功能绝缘层（4）、绝缘层b（5）、有机半导体层（6），有机半导体层（6）上设置有源电极（7）和漏电极（8），衬底（1）与绝缘层a（3）之间还设置有栅电极（2），所述绝缘层a（3）、绝缘层b（5）由不含羟基的聚合物绝缘材料构成，所述功能绝缘层（4）由含羟基的聚合物绝缘材料构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，韩世蛟，范惠东，张磊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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