本发明专利技术属于有机场效应晶体管技术领域。本发明专利技术提供了一种用于离子检测的有机场效应晶体管及其检测方法，所述晶体管从下至上依次为n型掺杂硅栅极电极、二氧化硅介电层、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰层、活性半导体材料层和金源漏电极，其特征在于，n型掺杂硅栅极电极的边缘设置了栅极测试槽口和离子溶液槽口，所述活性半导体材料层选用TII(BFu)2。本发明专利技术所述晶体管对于不同离子呈现清晰的间隔排布，同时还对10-6M到10-2M的钠离子浓度有梯度变化的电流响应，适用于离子的检测。本发明专利技术方法测试结构简单便捷，摆脱了传统测试结构能耗较大的问题，测试过程中稳定性高，离子检测过程中选择性响应明显，并且耗材成本低廉，适用于大规模批量化生产及测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机场效应晶体管
，具体设及到使用有机场效应晶体管检测 离子的方法，尤其设及到一种便捷的有机场效应晶体管测试结构及其用于检测不同离子的 方法。
技术介绍
自从无机电子器件问世W后，有机半导体电子器件的应用前景随着时间的推移而 越发广阔，人们通常把利用半导体表面垂直电场来控制半导体的导电能力随着运个垂直电 场强度大小的变化而变化的现象称之为"场效应"。利用"场效应"原理人们专利技术了场效应晶 体管，并且场效应晶体管现在已经成为了超大规模集成电路及显示器件中的核屯、元件，是 现代电子科技中不可缺少的元件。其中有机场效应晶体管，简称organic field-effect transistor(OFET)，在经历了多年的调查研究后，其极具吸引力的特征和丰富的应用领域 逐渐走入大众世界。 OFET的独特优势在于它可实现大面积机械柔性显示，同时拥有高性能、低功耗、低 成本和易加工等技术特点。如今对于OFET的追求之一在于进一步地缩短响应时间提升其性 价比，诸多的努力也使得OFET在传感检测方面有用武之地。比如，Taeksoo Ji于2008年使用 柔性基底制备出的有机场效应晶体管可用来进行酸碱度和离子选择性检测(T. Ji, P.Rai, S. Jung, and V. K. Varadan, Appl. F*hys 丄ett. 2008,92,233304)。2009年，A. Caboni则使用柔 性并五苯场效应器件较为稳定地检测出水溶液下氨离子的浓度（A. Caboni，E.化giu， E. Scavetta,M. Barbaro,and A. Bonf iglio, Appl.Phys. Lett. 2009,95,123304)。到了2014 年，PII2T-Si聚合物(FET由化en Knopfmacher制备出，可用于丰富的海洋环境离子及DNA检 测J (0.Knopfmacher,M丄.Hammock,A丄.Appleton,G.Schwartz,J.Mei,T丄ei,J.Pei,and Z.Bao,NaUire Communications,2014，D01:10.1038)。此外，使用电解液栅和参比电极对分 析物溶液进行传感检测的各种新颖结构也在持续的研究之中。由此，各国各公司、高等院校 和科研院所开始紧张密集地研究，W角逐运个行业的龙头老大，争取研发OFET传感检测应 用产品的一席之地。 在器件测试结构方面，通常的OFET离子检测借助Ag/AgCl参比电极和检测池，采用 栅极串联的结构，运样的检测器明显带来了结构上的复杂性，不利于产业化应用。例如， Supachai Ritjareonwattu用POIy(3-hexylthiophene)作为活性层制备的氨离子选择性 OFET(S.Ritjareonwattu,Y.Yun,C.Pearson,Michael C.Petty,Org.Electron.2010,11, 1792-1795) ,T.N.T.Nguyen的小组用来检测氨离子浓度的ITO玻璃基底延伸栅结构OFET (T.N.T.Nguyen,Y.G.Seol,and N.-E.Lee,Org.Electron.2011,12,1815-1821)，W及 Kerstin SchmoItner于2013年制备出的离子选择性电解液栅OFET(K . Schmoltner , J.KofIer，A.Klug,and E.J.W丄ist-Kratochvil,Adv.Mater. 2013,25,6895-6899)，虽然都 能对特定离子进行检测，但是参比电极和检测池结构都较为复杂。 在国内，中国科学院化学研究所、长春应化所、清华大学和吉林大学等为代表的研 究单位，对有机薄膜晶体管的研究工作中也取得了长足的进步，部分可W超越和国外的研 究单位。虽然我国的科研水平与发达国家几乎同步，但是OFET离子检测结构的单一使用使 得测试性价比无法进一步提升，导致基于OFET器件的传感检测应用明显不足。 但是现有技术存在的问题有：（1)复杂的测试结构耗材成本过高；（2)传统测试结 构能耗较大；（3)测试不同分析物及浓度的重复利用率不高等。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种结构简单、操作便捷的用于离子检测的 有机场效应晶体管及其检测离子种类和浓度的方法。其技术方案如下： 本专利技术提供一种用于离子检测的有机场效应晶体管(OFET)，所述晶体管从下至上 依次为n型渗杂娃栅极电极、二氧化娃介电层、十八烷基=氯硅烷(OTS)修饰层、活性半导体 材料层和金源漏电极，其特征在于，n型渗杂娃栅极电极的边缘设置了栅极测试槽口和离子 溶液槽口，所述活性半导体材料层选用TII (B化)2。 本专利技术所述有机场效应晶体管选用场效应特性优异的半导体材料TII(BFu)2为活 性层，所述TII (BFu)2为P型有机材料，作为OFET活性层展示出很好的场效应特性，分子结构 式如下： 本器件测试结构与传统利用参比电极进行溶液检测的方法不同，既无需参比电 极，又不需要电极与溶液接触，且测试过程中溶液只需与栅极渗杂娃接触就能进行，结构简 单、便于操作却效果明显。 用器件显微镜测试台探针分别固定在栅极测试槽口和金源漏电极上，重复测试 OFET转移特性曲线，没有出现偏移现象，反映出极佳的器件稳定性，同时开关比可W达到 1〇3'7,为离子溶液的检测打下了出色的基础。 将待检测溶液滴于离子溶液槽口内，将测试电压调为低电压，测试OFET漏极电流 随时间的变化对于不同离子的响应图像，结果表明漏极电流对钢离子、钟离子、儀离子和巧 离子等分别有着非常灵敏的选择性响应。测试OFET漏极电流随时间的变化对于不同浓度的 同一离子的响应图像，结果表明漏极电流随时间的响应曲线呈现出对应的阶梯变化响应。 综上可知，本器件测试结构比传统利用参比电极进行溶液检测的结构简单，便于 操作，有着非常灵敏的选择性响应，且对于浓度变化呈现出对应的阶梯变化响应。 本专利技术还提供了上述有机场效应晶体管进行离子检测的方法，其步骤如下： 步骤（1)制备用于离子检测的有机场效应晶体管:配制一定浓度的TII(BFu)2-氯 仿溶液，旋涂于OTS修饰的单面抛光的n型渗杂娃片上，退火后在真空下蒸锻金源漏电极，审U 备出用于离子检测的底栅/顶接触(BG/TC)有机场效应晶体管。在娃片边缘用金刚石尖刀挖 出栅极测试槽口和离子溶液槽口。 步骤(2)定性离子检测:将待检测溶液滴于离子溶液槽口内，溶液与栅极测试探针 没有接触，将测试电压调为低电压，所述低电压指OV至-12V，现聯OFET漏极电流随时间的变 化对于不同离子的响应。 步骤(3)定量离子检测:将待检测溶液滴于离子溶液槽口内，溶液与栅极测试探针 没有接触，将测试电压调为低电压，所述低电压指OV至-12V，现聯OFET漏极电流随时间的变 化对于不同浓度的同一离子的响应图像。 在进一步的技术方案中，在步骤(2)之前进行器件特性曲线测试:用器件显微镜测 试台探针分别固定在栅极测试槽口和金源漏电极上，重复测试OFET转移特性曲线。进一步 的，转移曲线重复测试次数为五次。 所述步骤（1)中TII(BFu本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于离子检测的有机场效应晶体管，所述晶体管从下至上依次为n型掺杂硅栅极电极、二氧化硅介电层、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰层、活性半导体材料层和金源漏电极，其特征在于，n型掺杂硅栅极电极的边缘设置了栅极测试槽口和离子溶液槽口，所述活性半导体材料层选用TII(BFu)2。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶尚辉，贾振宏，周舟，李兴鳌，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。