一种可拉伸有机电化学晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸有机电化学晶体管及其制备方法，涉及有机电化学晶体管领域，本发明专利技术从下到上依次包括衬底层、电极层、半导体层、电解质层和栅电极，所述电极层包括源电极和漏电极，通过对多孔半导体薄膜的堆叠，在半导体层形成多层多孔微结构，增大电解质层与半导体层之间的介面接触，实现更高的离子注入效率，同时，通过加速蒸镀速率调控电极形貌，增强金属电极抗拉伸能力，从而制备具有高跨导和大漏极电流的可拉伸有机电化学晶体管，解决了电化学晶体管中由于电解质对半导体层离子注入不充分导致的输出电流不理想以及金属电极在拉伸状态下极易断裂的缺点。在拉伸状态下极易断裂的缺点。在拉伸状态下极易断裂的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸有机电化学晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性有机电化学晶体管领域，具体涉及一种可拉伸有机电化学晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机半导体的分子可调控的电气特性使它们除了传导电子电荷外，还能传导离子电荷，再通过与其软机械特性相结合，引起了人们对其在生物电子学领域应用的广泛兴趣。在生物系统中，信号传输涉及离子通量，这种通量是由于离子或带电的神经递质在细胞膜上的局部传输而产生的。目前，人们已经制备出了基于有机半导体的最先进的生物传感器，包括用于测量大脑皮层神经信号的植入式电极阵列，基于阻抗的细胞监测装置以及代谢物传感器等。
[0003]在众多基于有机半导体的电子器件中，有机电化学晶体管(OECT)器件由于其相对于传统晶体管器件还具有高跨导、低电压、电容大、与水环境的兼容性等特点，特别是有机电化学晶体管可以传输微弱的生物信号的特点使其在生物电子学领域具有广阔的前景。
[0004]有机电化学晶体管通过栅极电压(V
G
)有效地控制电解质离子注入半导体层的沟道对半导体进行电化学掺杂来调节沟道电导率，可以实现准确的信号放大。电解质离子的注入依赖于电解质与半导体层的介面接触以及栅极电压的调控。电荷输运在OECT中贯穿整个半导体薄膜厚度，形成三维输运通道。
[0005]然而目前存在电解质对半导体层离子注入不充分、不迅速导致的输出电流不理想以及金属电极拉伸易断裂的缺点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：如何提供一种可拉伸有机电化学晶体管及其制备方法，旨在解决于电解质对半导体层离子注入不充分、不迅速导致的输出电流不理想以及金属电极拉伸易断裂的缺点。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种可拉伸有机电化学晶体管，从下到上依次包括柔性衬底层、电极层、多层多孔半导体层、电解质层和栅电极；所述电极层包括源电极和漏电极；所述多层多孔半导体层由至少一层的多孔半导体薄膜组成。
[0009]优选地，所述柔性衬底层的材料为SEBS、PDMS和PU中的至少一种。
[0010]优选地，所述电极层的制造材料为金，所述电极层的厚度范围为80～150nm且具有裂缝。
[0011]优选地，所述多层多孔半导体层的材料为P3HT或Pg2T
‑
T中的一种与SEBS混合，薄膜厚度范围为200～300nm。
[0012]优选地，所述电解质层的材料为盐的水溶液或离子液体，所述盐的水溶液为NaCl、KCl和PBS中的一种，所述离子液体为[EMIM][TFSI]、[EMIM][FSI]、[EMIM][DCA]、[BMIM][PF6]和[EMIM][BF4]中的一种。
[0013]一种可拉伸有机电化学晶体管的制备方法，制备过程包括以下步骤：
[0014]步骤1：对玻璃基板进行清洗，清洗后用氮气吹干或经恒温箱热烘干6h以上；
[0015]步骤2：将SEBS、PDMS或PU中的至少一种倾倒于涂有洗洁精的玻璃基板上，待溶液铺平后，置于真空干燥箱中烘干，制得柔性衬底层，烘干后用刀片将柔性衬底层从玻璃基板上剥离；
[0016]步骤3：将厚度为80～150nm的金的电极以s
‑1蒸镀在柔性衬底层上；
[0017]步骤4：对显微镜载玻片进行清洗，清洗后用氮气吹干或经恒温箱热烘干6h以上；
[0018]步骤5：将配制好的葡聚糖溶液旋涂至显微镜载玻片上制得基片，并将基片进行烘干处理，得到葡聚糖牺牲层；
[0019]步骤6：在湿度为88％RH条件下，将配制好的P3HT混合溶液或Pg2T
‑
T混合溶液旋涂至葡聚糖牺牲层上；
[0020]步骤7：将基片置于装有40℃去离子水的培养皿中，使葡聚糖牺牲层溶解于去离子水中，得到单层的多孔半导体薄膜；
[0021]步骤8：重复步骤4
‑
7，直到制得3层多孔半导体薄膜，再进步骤9；
[0022]步骤9：将3层的多孔半导体层依次转印至柔性衬底层上，并用氮气吹干；
[0023]步骤10：在多孔半导体薄膜上滴覆电解质。
[0024]优选地，所述步骤2中，所述烘干的温度在30℃，时间至少为24h。
[0025]优选地，其特征在于，所述步骤5中，所述烘干的温度在110℃，时间至少为1min。
[0026]优选地，所述烘干方式采用恒温热台加热、烘箱加热和热风加热中的至少一种。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]1、通过加快蒸镀速率在柔性基板上形成具有微裂纹形貌的金属电极，在应力作用下，金属电极会沿着预先形成的微裂纹发生断裂，从而达到控制裂纹生长的效果，增强金属电极的抗拉伸能力，制备出抗应变能力更强的可拉伸有机电化学晶体管。
[0029]2、通过对多孔半导体薄膜的简单堆叠，形成三维的多层多孔微结构，能够有效增加电解质与半导体的介面接触，加强电解质离子对半导体层的离子注入，提升器件输出漏极电流，增强跨导。
附图说明
[0030]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，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
[0031]图1是本专利技术的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术的使用旋涂工艺制备的多层多孔半导体层示意图；
[0033]图3是本专利技术的使用蒸镀工艺制备的金属电极的结构示意图；
[0034]附图中标号说明：
[0035]1‑
柔性衬底层；2
‑
源电极；3
‑
漏电极；4
‑
栅电极；5
‑
多层多孔半导体层；6
‑
电解质层；11
‑
多孔半导体薄膜；22
‑
致密半导体薄膜；33
‑
微裂纹金属电极；44
‑
致密金属电极。
具体实施方式
[0036]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。
[0037]下面结合图1至图3，对本专利技术作详细说明。
[0038]一种可拉伸有机电化学晶体管，从下到上依次包括柔性衬底层1、电极层、多层多孔半导体层5、电解质层6和栅电极4；所述电极层包括源电极2和漏电极3；所述多层多孔半导体层5由至少一层的多孔半导体薄膜11组成。
[0039]实施例1(对照组)：
[0040]1.对表面粗糙度小于1nm的透明玻璃基板进行清洗，清洗后经恒温箱热烘干6h以上；
[0041]2.在玻璃基板上涂一层洗洁精，将PU倾倒于涂有洗洁精的玻璃基板上，微微振动，将溶液铺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，从下到上依次包括柔性衬底层(1)、电极层、多层多孔半导体层(5)、电解质层(6)和栅电极(4)；所述电极层包括源电极(2)和漏电极(3)；所述多层多孔半导体层(5)由至少一层的多孔半导体薄膜(11)组成。2.根据权利要求1所述的一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，所述柔性衬底层(1)的材料为SEBS、PDMS和PU中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，所述电极层的制造材料为金，所述电极层的厚度范围为80～150nm且具有裂缝。4.根据权利要求1所述的一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，所述多层多孔半导体层(5)的材料为P3HT或Pg2T
‑
T中的一种与SEBS混合，薄膜厚度范围为200～300nm。5.根据权利要求1所述的一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，所述电解质层(6)的材料为盐的水溶液或离子液体，所述盐的水溶液为NaCl、KCl和PBS中的一种，所述离子液体为[EMIM][TFSI]、[EMIM][FSI]、[EMIM][DCA]、[BMIM][PF6]和[EMIM][BF4]中的一种。6.一种可拉伸有机电化学晶体管的制备方法，用于制备如权利要求1
‑
5中任一项所述的一种可拉伸有机电化学晶体管，其特征在于，制备过程包括以下步骤：步骤1：对玻璃基板进行清洗，清洗后用氮气吹干或经恒温箱热烘干6h以上；步骤2：将SEBS、PDMS或PU...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓津易，于军胜，彭玉洁，高林，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：