本发明专利技术提出一种双参数、高灵敏度的有机小分子半导体薄膜磁性传感器，其是基于有机电致发光材料Ａｌｑ３的有机半导体薄膜器件，所述磁性传感器为层状薄膜结构，结构由下至上为：衬底、导电透明阳极ＩＴＯ、有机材料功能层和ＬｉＦ／Ａｌ阴极；所述有机材料功能层依次由一空穴传输层ＮＰＢ、一传感层Ａｌｑ３：掺杂剂３％ＤＣＭ和一电子传输层Ａｌｑ３组成；所述磁性传感器的电致发光强度由一个硅光电探头测得并通过数字万用表输出，所得信号最后由计算机通过数据采集模块进行采集。本发明专利技术既延续了目前流行的ＭＲ传感器的低功耗、高灵敏度和小尺寸等诸多优势，而且还能够实现双参数（即磁电阻和磁发光）响应，同时还具有良好热稳定性，使传感器的可靠性大大增强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术与有机半导体器件有关，涉及磁性传感器
技术介绍
磁性传感器通常使用于小型磁铁工作的物体上，通过捕获磁场的强度及其变化， 为检测物体的接近、移动或旋转等行为提供了一种独特的手段。使用磁性传感器的历史相 当久远，一些传统的应用例如，利用齿轮传感器测量齿轮的转速，应用线圈型传感器来触 发埋在道路中的红绿灯信号的电路回路，以及用霍尔装置制作旋转位置传感器和电流传感 器等，由于价格、尺寸和可靠性多方面因素的不足，这些传统的磁性传感器在市场规模上已 经呈现饱和状态。进入21世纪后，由于在小型化方面取得了巨大进展，全集成型的磁性传感器需求 量正在急剧增大。目前市面上广泛流行的是磁电阻(MR)传感器，其原理是当在铁磁合金 薄带的长度方向施加一个电流时，如果在垂直于电流的方向再施加磁场，铁磁性材料中就 有磁阻的非均质现象出现，从而引起合金带自身的阻值变化。此类传感器通常由各向异性 磁电阻(AMR)材料和巨磁电阻(GMR)材料制作而成，前者通常是由一长条铁磁薄膜(如透 磁合金镍铁合金)，并用半导体技术将这些薄膜熔制在硅片上；而后者的结构则是数层很 薄(25 50埃)的铁磁层和非磁层交替生长(FM/NM/FM/NM/FM…)在半导体基底上(如硅 等)而形成。理论预言，若将其用在小型化和微型化高密度记录读出头、随机存取存储器中 可使存储密度获得极大的提高(约为100倍)。迄今为止，人们在磁传感器的材料选择上还主要集中在无机的磁性金属材料上， 而用不含任何磁性层的有机材料研制的半导体薄膜磁性传感器，目前还处于研究状态。由 于有机半导体材料，较传统的AMR和GMR材料，拥有材料选择范围宽、电子自旋扩散长度长、 电子结构易调节、所需工艺简单以及能够制作成柔性衬底器件等诸多优势，因此国际上目 前正在积极研制有机半导体高灵敏度磁传感器，但至今尚未实现产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统技术存在的上述不足，在现有技术的基础上，研制出 一种全新理念的磁性传感器，即基于有机小分子半导体材料的薄膜磁性传感器。本专利技术的技术方案如下—种双参数、高灵敏度的有机小分子半导体薄膜磁性传感器，所述磁性传感器是 基于有机电致发光材料triS(8-hydr0Xyquin0lat0) aluminum(Alq3)的有机半导体薄膜器 件，所述磁性传感器的结构由下至上为衬底、导电透明阳极indium tin OXide(IT0)、有机 材料功能层和lithium fluoride (LiF) /A1阴极，所述有机材料功能层依次由一空穴传输层 N，N' -bis (naphthalen-l-y) -N, N' -bis (phenyl)benzidine (NPB)，一传感层 Alq3 3% 4 -dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran (DCM)禾口 一 电子传输层Alq3组成。所述磁性传感器的电致发光强度由一个硅光电探头测得并通过数字万用表 输出，所得信号最后由计算机通过数据采集模块进行采集。其中有机材料Alq3、NPB和DCM的化学分子式如下f . , ■ ‘J. ‘^InyJCM CM▽ Xf; OJAlq3S;! ！6DCMNPB所述磁性传感器在垂直一维方向上的总厚度为340nm。所述导电透明阳极IT0的厚度为lOOnm，有机材料功能层的厚度为140nm，LiF/Al 阴极的厚度为lOOnm;阳极、有机材料功能层和阴极的厚度比为5 7 5。所述有机材料功能层的中空穴传输层NPB的厚度为60nm、传感层Alq3 3% DCM 的厚度为50nm，电子传输层Alq3的厚度为30nm ；NPB、Alq3 :DCM和Alq3的厚度比例为 6丨5丨30所述掺杂剂采用红色荧光染料DCM，掺杂浓度即掺杂剂占发光层的质量百分比为3 % o所述衬底采用柔性衬底或普通玻璃衬底。本专利技术首创性地将有机小分子发光材料(八羟基喹啉铝Tri s- (8-Hydroxy) QuinolineAluminum(Alq3))应用在磁传感器上，开发出一种全新的半导体器件。在该方案 中，申请人充分考虑了产品在实际使用情况下，可能存在的问题(包括产品的能耗、实际操 作和可靠性等)，同时把设备的稳定性放在首要位置上，也兼顾了实现产业化的成本投入。该有机半导体薄膜磁性传感器，较先前的磁传感器而言，其特点在于i)它既可 以通过测量电学信号、同时也可以通过测量光学信号来反映传感器周围的磁场情况，故而 从工作原理上看它是一种“双参数”的新型磁性传感器；ii)对所需的有机材料和制备工艺 的要求低，而且器件结构简单，可进行大规模产业化生产；iii)该产品拥有良好的热稳定 性，环境适应性强；iv)该产品的测量结果在探测区域内不随着外磁场的方向变化而变化， 为实际操作提供了人性化帮助。另外，该专利技术拥有目前MR传感器的优势i)采用了先进的层状薄膜结构，尺寸上 满足制备纳米级微电子元件的要求；ii)功耗低效率高，是新一代节能环保型电子产品的 选择；iii)测量精度高，测量范围宽，可以实现非接触测量。在信息飞速发展的时代，小尺寸和环保节能成为新一代电子产品的又一挑战。本 专利技术尺寸小(一维尺寸仅为340nm)，完全可以集成在其它的电子传感器元件/电子线路板 (甚至是柔性衬底)上来满足小区域范围内精确磁场探测的要求。比较与传统的磁性传感 器，本专利技术在该方面有无可比拟的优势，而且测量范围宽、测量精度高，完全符合目前国内 外市场的实际需求。而且作为新一代的磁性传感器，本专利技术还考虑进了更多的市场因素来填补目前流行的MR传感器的缺陷。例如制备该产品所需的有机材料可以通过简单的化学合成来获 得和改进，选择范围宽、优化潜力大；制膜手段相对简单、成本低廉，易于实现规模化生产； 能够提供多种的测量手段(利用双参数测量)，结果可靠性高；可以全方位地探测磁场的大 小，为使用者在实际操作过程中提供人性化帮助；节能环保、环境适应性强，符合实现未来 绿色产品的要求。可见，本专利技术既延续了目前流行的MR传感器的低功耗、高灵敏度和小尺寸等诸多 优势，而且还能够实现双参数(即磁电阻和磁发光)响应，同时还具有良好热稳定性，使传 感器的可靠性大大增强。附图说明图1、双参数、高灵敏度的有机半导体磁性传感器的结构示意图；图2、该磁性传感器的电流-亮度-电压(I-B-V)特性曲线；图3、该磁性传感器的电致发光光谱。图4(a)、该磁性传感器在室温下，驱动电压为11. 7V、13. 8V、14. 8V和15. 9V时的磁 电导随磁场的变化关系。图4(b)、该磁性传感器在室温下，驱动电压为11. 7V、13. 8V、14. 8V和15. 9V时的磁 发光随磁场的变化关系。图5 (a)、该磁性传感器在恒定驱动条件下(驱动电流 150 yA)、不同温度时(15IT 室温)的磁电导随磁场的变化关系。图5(b)、该磁性传感器在恒定驱动条件下(驱动电流 150 yA)、不同温度时(15IT 室温)的磁发光随磁场的变化关系。具体实施例方式如图1所示，本有机半导体磁性传感器的结构由下至上为玻璃衬底1(可用柔性 衬底代替)、导电透明阳极(IT0)2、有机材料功能层3和L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双参数、高灵敏度的有机小分子半导体薄膜磁性传感器，其特征在于：所述磁性传感器是基于有机电致发光材料Ａｌｑ３的有机半导体薄膜器件，所述磁性传感器为层状薄膜结构，结构由下至上为：衬底、导电透明阳极ＩＴＯ、有机材料功能层和ＬｉＦ／Ａｌ阴极；所述有机材料功能层依次由一空穴传输层ＮＰＢ、一传感层Ａｌｑ３：掺杂剂３％ＤＣＭ和一电子传输层Ａｌｑ３组成；所述磁性传感器的电致发光强度由一个硅光电探头测得并通过数字万用表输出，所得信号最后由计算机通过数据采集模块进行采集；所述导电透明阳极、有机材料功能层和ＬｉＦ／Ａｌ阴极的厚度比为５∶７∶５；所述中空穴传输层ＮＰＢ、传感层Ａｌｑ３：３％ＤＣＭ和电子传输层Ａｌｑ３的厚度比例为６∶５∶３。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊祖洪，陈平，雷衍连，张巧明，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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