一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法，在有机半导体层中设置小分子添加剂时，采用溶液连续处理法或固态扩散法完成，从而得到嵌有至少包含一个氰基或氟基的小分子添加剂的OTFT氨气传感器，所述溶液连续处理法是在制得的有机半导体薄膜表面旋涂或浸涂含有小分子添加剂的正交溶液；所述固态扩散法是在制得的有机半导体薄膜表面真空热蒸镀小分子添加剂材料。通过本发明专利技术，在保证OTFT氨气传感器高灵敏度的同时，克服现有OTFT氨气传感器存在的稳定性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法
本专利技术属于气体传感器领域,一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法。
技术介绍
氨气是一种无色弱碱性气体，具有强烈的刺激性气味，广泛应用于农业肥料、制冷系统、清洁剂制造及塑料合成等领域，并在“无碳”能源领域具有巨大的应用潜力。同时，人体呼吸中潜存的微量氨气能反映机体肾脏等部位的健康状况，在新兴的“无创”医疗诊断领域成为了一种重要的生物标记物。然而，由于氨气分子很小，极易泄漏，并且氨气具有强毒性和腐蚀性，遇明火极易发生爆炸，故氨气一旦发生泄露，将会对人民、环境、国家财产安全等造成巨大危害。目前，检测氨气的技术手段种类繁多，包括气相色谱、红外光谱、毛细管电泳、电化学、光化学等方法，然而，这些方法具有设备复杂、检测周期长或成本高等不足，因此，简单而高效的半导体电学传感器始终是氨气传感器领域的研究热点。其中，基于有机半导体与氨气相互作用的有机薄膜晶体管OTFT(Organicthinfilmtransistor)，由于具有材料来源广泛、制备工艺简单、柔性可拉伸、多参数检测及可室温工作等突出的优点，引起了研究人员的广泛关注。然而现有技术并不能通过一种简单的制作方法，使OTFT氨气传感器在保证高灵敏度的同时具有优异的稳定性。在有机半导体中嵌入小分子添加剂作为一种简单有效的策略，在优化薄膜结构、提升有机电子器件性能方面已经得到了广泛的应用，如：活性层中嵌入小分子添加剂，能使有机薄膜太阳能电池的效率得到有效的提升；嵌入小分子成核助剂，可有效调控有机半导体的结晶过程。因而通过在有机半导体中嵌入小分子添加剂来解决上述问题是一个很好的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：通过一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法，通过一种简单的制备方法，在保证高灵敏度的同时，克服现有OTFT氨气传感器存在的稳定性差的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、介电层、嵌有小分子添加剂的有机半导体层，以及设置在有机半导体层上的源电极及漏电极；所述小分子添加剂的分子结构中至少包含一个氰基或氟基。进一步，所述小分子添加剂材料为7,8,8-四氰对醌二甲烷、二氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、11,11-二氰-9-蒽醌-10-甲烷、11,11,12,12-四氰-9,10-蒽醌二甲烷或氟化富勒烯中的一种。进一步，所述有机半导体层中的有机半导体材料为p型有机半导体材料；所述有机半导体层的厚度在5nm～50nm范围内。进一步，所述p型有机半导体材料为并五苯、酞菁铜、红荧烯、六噻吩、6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、2,7-二辛[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩聚(2,5-二烷基噻吩-噻吩并[3,2-b]噻吩或聚3-己基噻吩中的一种。进一步，所述介电层的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽、聚(二甲基硅氧烷)、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚(4-乙烯基苯酚)、交联聚(4-乙烯基苯酚)或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；所述介电层厚度在50nm～1000nm范围内。进一步，所述栅电极、源电极、漏电极的材料均为金属及其合金、金属氧化物或导电聚合物中的一种或多种；所述源电极、漏电极的厚度均在50nm～100nm范围内。进一步，所述衬底为硅片、玻璃、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的一种。一种制备如权利要求1-7任意一项所述的OTFT氨气传感器的方法，包括以下步骤：步骤1：选择衬底，在衬底上制备栅电极，在栅电极上制备介电层；步骤2：通过溶液连续处理法或固态扩散法制备嵌入小分子添加剂的有机半导体层；步骤3：在有机半导体层上制备源电极和漏电极；进一步，所述介电层通过旋涂、磁控溅射、表面氧化、辊涂、滴膜、压印、印刷或喷涂中的一种方法制备。进一步，所述栅电极、源电极、漏电极，通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、丝网印刷或喷墨打印中的一种方法制备。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、本专利技术中，通过在制备嵌入含有氰基或氟基官能团的小分子添加剂的有机半导体层，利用氰基或氟基官能团与探测的氨气分子之间的氢键相互作用，可进一步提升氨气传感器对于氨气的响应能力，并且有助于进一步提升氨气传感器的稳定性。2、所述小分子添加剂材为有机电子学领域常见和易得的材料，能够使氨气传感器的制备更易实现及推广。3、相较于其他类型的有机半导体材料而言，采用p型有机半导体材料进行嵌入操作更为适用，并且由于n型有机半导体材料本身具有较差的空气稳定性，不适用于此种嵌入策略；对厚度进行限定，在保证良好稳定性的同时，能够节省材料。4、所述有机半导体材料为有机电子学领域常见和易得的材料，能够使传氨气传感器的制备更易实现及推广。5、所述介电层材料为有机电子学领域常见和易得的材料，能够使氨气传感器的制备更易实现及推广；对厚度进行限定，在保证良好的介电性能的同时，能够节省材料。6、所述栅电极、源电极、漏电极的材料为有机电子学领域常见和易得的材料，能够使氨气传感器的制备更易实现及推广；对厚度进行限定，使其材料选择范围更广，并且在保证其性能的同时，能够节省材料。7、所述衬底的材料为有机电子学领域常见和易得的材料，具有一定的防水汽和氧气渗透的能力，并且具有较好的平整度，能够使氨气传感器的制备更易实现及推广。8、通过溶液连续处理法或固态扩散法在有机半导体层中嵌入含氰基或氟基官能团的小分子添加剂，通过调整溶液浓度、蒸发速率等工艺参数，可以简单、高效且可控地进行薄膜制备，同时避免了直接将小分子添加剂和有机半导体溶液共混的方法中存在的嵌入比例难于调控、溶液粘性升高导致薄膜制备困难等问题，因而可简单高效的在保证探测灵敏度的基础上，提升氨气传感器的稳定性。9、所述介电层、栅电极、源电极、漏电极采用常用的简单高效的制备方法得到，能够能进一步的使氨气传感器的制备得到推广。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为本专利技术的实施例中底栅顶接触式氨气传感器结构示意图。图2为本专利技术的实施例中底栅底接触式氨气传感器结构示意图。图中标记：1-衬底；2-栅电极；3-介电层；4-有机半导体层；5-小分子添加剂；6-源电极；7-漏电极。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，包括从下到上依次设置的衬底(1)、栅电极(2)、介电层(3)、嵌有小分子添加剂(5)的有机半导体层(4)，以及设置在有机半导体层(4)上的源电极(6)及漏电极(7)；所述小分子添加剂(5)的分子结构中至少包含一个氰基或氟基。

【技术特征摘要】
1.一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，包括从下到上依次设置的衬底(1)、栅电极(2)、介电层(3)、嵌有小分子添加剂(5)的有机半导体层(4)，以及设置在有机半导体层(4)上的源电极(6)及漏电极(7)；所述小分子添加剂(5)的分子结构中至少包含一个氰基或氟基。2.根据权利要求1所述的一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，所述小分子添加剂(5)材料为7,8,8-四氰对醌二甲烷、二氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、11,11-二氰-9-蒽醌-10-甲烷、11,11,12,12-四氰-9,10-蒽醌二甲烷或氟化富勒烯中的一种。3.根据权利要求1所述的一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，所述有机半导体层(4)中的有机半导体材料为p型有机半导体材料；所述有机半导体层(4)的厚度在5nm～50nm范围内。4.根据权利要求3所述的一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，所述p型有机半导体材料为并五苯、酞菁铜、红荧烯、六噻吩、6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、2,7-二辛[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩聚(2,5-二烷基噻吩-噻吩并[3,2-b]噻吩或聚3-己基噻吩中的一种。5.根据权利要求1所述的一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，其特征在于，所述介电层(3)的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽、聚(二甲基硅氧烷)、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚(...

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