一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，公开了一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法，用于解决现有场效应晶体管气体传感器由于使用需要消耗大量人力和物料的材料而导致成本高的问题。本发明专利技术的基于有机场效应晶体管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％‑15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种基于生物介电层以及生物材料掺杂有机层的有机场效应管氨气传感器及其制备方法。
技术介绍
在工业高速发展的今天，人们在享受科技发展给我们带来的日新月异的变化的同时也不得不开始关注科技发展带来的负面影响-环境污染，其中，大气污染因与人们的生活息息相关而备受关注。生活中，人们直接或间接的向大气中释放了很多有害气体，例如甲烷、一氧化氮、二氧化氮、氨气、二氧化硫和硫化氢等，有时甚至会危及生命。以场效应管为基础构成的气体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。有机场效应晶体管气体传感器相比于电阻式器件，由于具有灵敏度高、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，在气体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。介电层作为有机场效应晶体管一个重要的组成部分，现阶段的溶液制备大多大量使用了氯苯、甲苯、氯仿以及苯甲醚等有毒试剂，探究一种水溶液或醇溶液的介电层材料成为实现绿色工艺的重要一环。而现有的基于水溶液或醇溶液的材料，如丝素蛋白，明胶，虫胶等，大都需要复杂的材料提取或炼化过程，此过程必将消耗大量的人力物力。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有场效应晶体管气体传感器由于使用需要消耗大量人力和物料的材料而导致成本高的问题，而提供一种基于有机场效应管氨气传感器及其制备方法，具有制备工艺简单、生产成本低廉、绿色环保的特点，同时在大气环境下具有高灵敏度、高稳定性和高寿命的特点。为解决技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％-15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。所述蛋清蛋白为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清或鸵鸟蛋清。所述可溶性有机半导体材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、Tips-并五苯(Tips-pentacene)、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物或PBTTT系列的中一种。所述有机半导体层的厚度为25～100nm。所述栅电极、源电极和漏电极材料为金属纳米线，金属纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线和铂纳米线中的一种。一种有机场效应晶体管氨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衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干；②在衬底层表面制备栅电极；③在栅电极上面制备介电层；④将蛋清蛋白与可溶性有机半导体材料进行按比例超声混合；用混合后的溶液在介电层上制备有机半导体层；⑤在有机半导体层上制备源电极和漏电极。上述步骤③中，介电层通过旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法进行制备。上述步骤④中，所述有机半导体层是通过动甩旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法进行制备。步骤②和⑤中，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进行制备。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、由于蛋清蛋白含有大量的极化基团，如：羧基，醛基，以及含硫基团等，有机半导体层引入一定量的蛋清蛋白之后，氨气的响应率显著提升，探测浓度下限更低；2、通过有机材料和生物蛋白材料混合的方法，由于介电材料对有机层的掺杂，使得有机层更容易附着在介电层之上，并且使得有机层形貌更加均匀和致密，从而使器件的气敏保持了较高的稳定性，提升了晶体管传感器器件性能和稳定性，更利于实现产业化。3、通过有机材料和生物蛋白材料混合的方法，提升了有机层在介电层上的附着，减少材料的浪费并且有效的提升了器件性能。4、蛋清蛋白作为一种天然的蛋白质，具有含量丰富，无需提取，高介电常数，跟人体无抵触排异现象等优点，杜绝了氯苯、甲苯、氯仿以及苯甲醚等有毒试剂的使用；同时它相对于传统的生物材料，减少了提取和炼化等复杂工艺过程，节省了人力和物力。5、由于有机场效应晶体管的导电沟道处于介电层与有机层的界面处，采用蛋清蛋白作为介电层，一方面高的介电系数有利于诱导更多的导电载流子，同时，由于蛋清蛋白含有大量的极化基团，极化基团促进了晶体管对氨气的捕获，由于氨气与极化基团的相互作用，从而提升了器件对氨气的响应以及灵敏度，增强了器件的载流子迁移率，实现了传感器的快速响应，同时存在于界面的极化基团也进一步提升了氨气的响应率。附图说明图1为本专利技术的基于有机场效应管氨气传感器的结构示意图；图2是实施案例1中的氨气传感器气体响应时间电流曲线；图中标记：1、衬底层，2、栅电极，3、介电层，4、有机半导体层，5、源电极，6、漏电极。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。结合附图，本专利技术提供的基于有机场效应晶体管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底层1、栅电极2、介电层3和有机半导体层4，所述有机半导体层4的上端连接有源电极5和漏电极6，所述介电层3的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层4由加入有质量比为5％-15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。作为本专利技术一种选择的方式，所述蛋清蛋白为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清或鸵鸟蛋清。本专利技术的可溶性有机半导体材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、Tips-并五苯(Tips-pentacene)、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物或PBTTT系列的中一种。所述有机半导体层4的厚度为25～100nm。所述栅电极、源电极和漏电极材料为金属纳米线，金属纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线和铂纳米线中的一种。一种有机场效应晶体管氨体传感器的制备方法，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衬底层进行清洗，清洗后用氮气吹干；②在衬底层表面制备栅电极；③在栅电极上面制备介电层；④将蛋清蛋白与可溶性有机半导体材料进行按比例超声混合；用混合后的溶液在介电层上制备有机半导体层；⑤在有机半导体层上制备源电极和漏电极。上述步骤③中，介电层通过旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法进行制备。上述步骤④中，所述有机半导体层是通过动甩旋涂、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法进行制备。步骤②和⑤中，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进行制备。实施例1如图1所示为底栅顶接触式结构，栅电极2、源电极5和漏电极6均为银纳米线，介电层3采用鸡蛋清蛋白，厚度为200nm；有机半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有机场效应晶体管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％‑15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机场效应晶体管氨气传感器，包括从下至上依次设置的衬底层、栅电极、介电层和有机半导体层，所述有机半导体层的上端连接有源电极和漏电极，其特征在于，所述介电层的材料为蛋清蛋白；所述有机半导体层由加入有质量比为5％-15％的蛋清蛋白的可溶性有机半导体材料制作而成。2.根据权利要求1所述的基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，所述蛋清蛋白为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清或鸵鸟蛋清。3.根据权利要求1所述的基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，所述可溶性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或PBTTT系列的中一种。4.根据权利要求1所述的基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，所述有机半导体层的厚度为25～100nm。5.根据权利要求1所述的基于有机场效应晶体管氨气传感器，其特征在于，所述栅电极、源电极和漏电极材料为金属纳米线，金属纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，庄昕明，范惠东，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