本发明专利技术涉及一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器件，相较于传统的气压传感器件，其具有制备工艺简单、尺寸小，且对气体种类无选择响应的特点，从而具有更宽的应用范围；同时本发明专利技术中基于将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，并作为气压传感器件，测试其输出电流与气压的对应关系，进而通过理论分析半定量估算得出有机薄膜的杨氏模量，避免了通过探针技术实验表征的各种困难，具有很大的实际应用前景。
Application of an organic thin film transistor and evaluation method of Young's modulus of organic thin film based on it
【技术实现步骤摘要】
一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法
本专利技术属于传感器件领域，涉及一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法。
技术介绍
随着电子信息技术快速发展，种类多样的传感器作为信息高效采集手段，在人类生活中发挥着越来越重要的作用。在众多采集信息中，气体压强参数的获取需求十分重要。气压传感器是将被测的气压信号转换成可测信号从而实现气压测量的感应元件，是应用非常广泛的一种传感器。例如通过使用气压传感器实时监测航天器飞行高度，预测天气变化，计算海拔高度，预防工业环境低压等，同时还可应用在人工智能的电子皮肤中，精确感知外部气压变化。现有研究主要是基于无机半导体材料制备气压传感器，其中，基于硅的压阻式气压传感器研究最成熟，但工艺十分复杂。传统的无机半导体材料功能单一，且难于降低尺寸满足当下小型化需求，限制了气压传感器在诸多领域的应用。因此开发和使用新型材料制备的气压传感器十分重要。现有技术中通过制备氧化锌纳米线薄膜气压传感器，提出了对气压敏感的一种新型材料(参见文献：AvacuumpressuresensorbasedonZnOnanobeltfilm.Nanotechnology,Zheng,X.J.etal.22,43,5501,(2011))，此方案所得氧化锌气压传感器在惰性气氛下缺乏响应，只在含氧气氛中对压强变化有响应，这限制了此类传感器适用范围，很难满足实际应用中的需求。杨氏模量是表征材料弹性形变难易程度的重要参数，对研究材料的力学特征有重要意义。准确测定软物质薄膜材料的杨氏模量目前还没有太好的方法，甚至连估算其数量级大小都不易做到。这主要是由于现有测量薄膜杨氏模量的方法主要基于探针技术，例如纳米压痕仪，原子力显微镜(AFM)等(参见文献：Langmuir，28卷，第46期，16060-16071页)，上述测试方法普遍对硬物质即高杨氏模量材料适用，而对低杨氏模量的软物质则由于其表面粘附力强，结构容易被测量探针损坏原因导致对其测量具有相当难度。共轭有机分子薄膜及聚合物导电薄膜因其在柔性可穿戴电子器件潜在的应用，因而获得此类材料力学特性指标如杨氏模量甚为关键。目前的气体压强传感器普遍存在诸多弊端，如只对特定气氛气体响应、制备工艺复杂、材料种类单一，柔韧性及稳定性差等。同时，动态力学分析仪(DMA)无法原位测量生长在衬底上的薄膜的杨氏模量，金刚石压头的纳米压痕仪只能测量杨氏模量高于1GPa的薄膜，对低杨氏模量的软物质薄膜测量不适用。原子力显微镜(AFM)测量过程中对薄膜厚度，表面静电及测量探针的粗细等要求苛刻，使得对软物质有机薄膜杨氏模量的测量很难实施。因此，开发一种制备工艺简单，尺寸小，且对气体种类无选择响应的气压传感器和一种评估方法简单有效的有机薄膜的杨氏模量值的评估方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器件，相较于传统的气压传感器件，其具有制备工艺简单、尺寸小，且对气体种类无选择响应的特点，从而具有更宽的应用范围；同时本专利技术中基于将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，并作为气压传感器件，测试其输出电流与气压的对应关系，进而通过理论分析半定量估算得出有机薄膜的杨氏模量，避免了通过探针技术实验表征的各种困难，具有很大的实际应用前景。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种有机薄膜晶体管的用途，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器。本专利技术采用有机薄膜晶体管作为气压传感器件，其制备工艺简单，尺寸小，且气压响应范围宽，对气体种类无选择响应的特点，有利于柔性器件的制备。优选地，所述有机薄膜晶体管的气压响应范围为70Pa-100KPa，例如100Pa、300Pa、500Pa、1KPa、5KPa、10KPa、20KPa、30KPa、40KPa、50KPa、60KPa、70KPa、80KPa或90KPa等。其气压响应范围为真空到大气压，符合日常对气压监测的需求。优选地，所述有机薄膜晶体管的尺寸为(0.5-2)cm×(0.5-2)cm，例如0.5cm×0.5cm、1cm×1cm或1.5cm×1.5cm等，优选为1cm×1cm。本专利技术所述有机薄膜晶体管对气体压强的传感机制是有机小分子分子间距在气体压强的增大(减小)下缩短(增大)，从而导致电荷转移积分变化，直接影响源漏电流的变化，进而实现气压传感功能。优选地，所述有机薄膜晶体管中包含衬底层，所述衬底层的表面依次覆盖有绝缘层、修饰层、有机薄膜层和金属电极阵列。优选地，所述衬底层的材质为Si。优选地，所述衬底层的厚度为400-600μm，例如，420μm、440μm、460μm、480μm、500μm、520μm、540μm、560μm或580μm等，优选为450-550μm。优选地，所述绝缘层的材质为SiO2，厚度为100-300nm，例如120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm或280nm等，优选为150-250nm。优选地，所述修饰层的材质为聚苯乙烯。优选地，所述修饰层的厚度为1-3nm，例如1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、2nm、2.2nm、2.4nm、2.6nm或2.8nm等，优选为1.5-2.5nm。优选地，所述有机薄膜层为有机半导体层。优选地，所述有机薄膜层的材质包括PDI8-CN2和/或并五苯；优选为PDI8-CN2。PDI8-CN2为共轭有机小分子，分子间力为很弱的范德瓦尔兹作用力，容易在外力的作用下分子排列产生变化。同时，PDI8-CN2有机薄膜晶体管迁移率低，属于hopping跃迁运输机制，符合本专利技术所述杨氏模量计算公式的要求。优选地，所述有机薄膜层的厚度为20-40nm，例如22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、36nm或38nm等，优选为25-35nm。优选地，所述金属电极阵列的材质包括Au。优选地，所述金属电极阵列的厚度为40-60nm，例如，42nm、44nm、46nm、48nm、50nm、52nm、54nm、56nm或58nm等，优选为45-55nm。优选地，所述金属电极阵列的沟道宽度为2900-3100μm，例如2910μm、2920μm、2930μm、2940μm、2950μm、2960μm、2970μm、2980μm、2990μm、3000μm、3010μm、3020μm、3030μm、3040μm、3050μm、3060μm、3070μm、3080μm或3090μm等，优选为2950-2980μm。优选地，所述金属电极阵列的沟道长度为150-170μm，例如151μm、152μm、153μm、154μm、155μm、156μm、157μm、158μm、159μm、160μm、161μm、162μm、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有机薄膜晶体管的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器。/n
【技术特征摘要】
1.一种有机薄膜晶体管的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的气压响应范围为70Pa-100KPa。
3.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管中包含衬底层，所述衬底层的表面依次覆盖有绝缘层、修饰层、有机薄膜层和金属电极阵列。
4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述衬底层的材质为Si、绝缘层的材质为SiO2、修饰层的材质为聚苯乙烯PS；
优选地，所述衬底层的厚度为400-600μm，优选为450-550μm；
优选地，所述绝缘层的厚度为100-300nm，优选为150-250nm；
优选地，所述修饰层的厚度为1-3nm，优选为1.5-2.5nm。
5.如权利要求3或4所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜层为有机小分子半导体层；
优选地，所述有机薄膜层的材质包括PDI8-CN2和/或并五苯；优选为PDI8-CN2；
优选地，所述有机薄膜层的厚度为20-40nm，优选为25-35nm；
优选地，所述金属电极阵列的材质包括Au；
优选地，所述金属电极阵列的厚度为40-60nm，优选为45-55nm；
优选地，所述金属电极阵列的沟道宽度为2900-3100μm，优选为2950-2980μm；
优选地，所述金属电极阵列的沟道长度为150-170μm，优选为155-165μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底表面形成绝缘层，之后在绝缘层的表面涂覆修饰层；
(2)在步骤(1)中的修饰层的表面通过真空热蒸镀形成...
【专利技术属性】
技术研发人员：江潮，张燕，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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