本发明专利技术提供一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜的气体传感器，利用弱外延生长的有机半导体单晶薄膜在单分子层厚度时依然保持较高的电导率的特点，采用厚度仅为几个纳米的弱外延生长的有机半导体薄膜作为气敏层，可以有效减少敏感气体进出薄膜的路径，克服现有有机半导体气体传感器中气敏层多为多晶或非晶薄膜，电导率低，厚度通常在几百甚至上千纳米，敏感气体进出薄膜路径长，器件响应/回复时间长的缺点。本发明专利技术提供的有机半导体气体传感器在室温条件下即可以检测体积分数为百万分之五二氧化氮气体，并且响应/回复时间不大于5分钟。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器。
技术介绍
伴随着有机半导体科学与技术的发展，科学家发现，很多有机半导体材料对一些有毒有害气体，如NO2等具有极为敏感的响应，采用此类材料制备的传感器具有极高的灵敏度。B. Bott 等人(B. Bott and Τ. A. Jones Sensors and Actuators 1984，5，43) 艮道了有机半导体材料酞菁铅在100°C以上时可以感应到体积分数为亿分之一的Ν02。这类传感器通常采用在室温基板上真空沉积有机小分子半导体方法制备。室温基板导致有机半导体薄膜的通常为非晶或者质量很差的多晶态，电导较低，信号不容易检测。为提高薄膜的电导，不得不将薄膜厚度增加到几百甚至上千纳米。厚的薄膜使得敏感气体，如NO2进出薄膜路径增长，器件的响应/回复时间增加。为缩短器件的响应/回复时间，可以采用真空退火(Y. Sadaoka, T. A. Jones and W. Gopel，Sens. ActuatorsB1990, 1，148.)或者预先掺杂 (M. I. Newton, Τ. K. H. Starke, Μ. R. Willis and G. McHale, Sens. Actuators B 2000,67, 307)等方法，这就增加了器件制备的复杂性。此外，还可以直接将器件置于高温环境中使用以缩短器件的响应/回复时间，但是这样使得器件的使用环境受到极大限制。2007(Haibo Wang, Feng Zhu, Junliang Yang, Yanhou Geng, Donghang Yan, Advanced Materials 2007，19，2168)报道了在诱导层六联苯表面采用弱外延生长(WEG)方法制备出类单晶的金属酞菁薄膜。此方法制备的大尺寸连续的单分子层薄膜具有较高的电导。迄今为止，还没有气敏层采用弱外延生长的有机半导体薄膜的有机半导体气体传感器。
技术实现思路
为了克服现有有机半导体气体传感器中气敏层为多晶或非晶薄膜，电导率低，厚度通常在几百甚至上千纳米，敏感气体进出薄膜路径长导致器件响应/回复时间长的缺点，本专利技术的目的是提供一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器。本专利技术的原理是基于弱外延生长的有机半导体薄膜在单分子层厚度时依然保持较高的电导，利用这种超薄膜作为有机半导体气体传感器的气敏层，可以大幅缩短敏感气体分子进出气敏层的路径，使得器件在常温环境下依然具有较短的响应/回复时间。本专利技术提供的一气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器包括第一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器、第二种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器和第三种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器；所述的气敏层是基于弱外延生长的有机半导体薄膜在单分子层厚度时依然保持较高的电导，利用这种超薄膜作为有机半导体气体传感器的气敏层。 图1是本专利技术涉及的第一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的结构示意图。(A)本专利技术涉及的第一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的构成如下由基板1，诱导层2，第一有机半导体层3，金属电极5顺次连接构成；所述诱导层2和第一有机半导体层3之间存在弱外延关系，所述弱外延关系是诱导层2的材料分子和第一有机半导体层3的材料分子之间的作用力是范德华力，并且两种分子晶体晶格之间存在外延关系； 所述的基板1是绝缘材料，优选玻璃，陶瓷，或者是在导电材料表面覆盖一层绝缘材料形成的复合材料，优选在表面热生长形成一层二氧化硅的重掺杂的硅片等。如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1纳米，需要用绝缘的聚合物涂层如聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)或聚乙烯醇(PVA)等进行平滑。所述诱导层2的厚度不小于2纳米，不大于10纳米，其材料是六联苯(P-6P)、2， 7-二(4-联苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三联苯基)-噻吩(3PT)和 2， 7- 二(4-4 ‘-氟代联苯基)-菲(F2-BPPh)中的一种。所述第一有机半导体层3其厚度不小于1. 5纳米，不大于20纳米；其材料是无金属酞菁(H2Pc)或含金属酞菁及其官能化变体；含金属的酞菁优选酞菁铜(CuPc)、酞菁镍 (NiPc)、酞菁钴(CoPc)、酞菁亚铁(FePc)、酞菁锌(ZnPc)、酞菁铅(PbPc)和酞菁锡(SnPc) 中的一种；含金属的酞菁的官能化变体优选酞菁氧钒(VOPc)、酞菁氧钛(TiOPc)、酞菁氯铝 (AlClPc)、酞菁二氯锡(SnC12Pc)、酞菁氧锡(SnOPc)、全氟代酞菁铜(F16CuPc)、全氟代酞菁锌(F16ZnPc)和全氟代酞菁钴(F16CoPc)中的一种；图2是本专利技术涉及的第二种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的结构示意图。(B)本专利技术的第二种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的构成如下 由基板1、诱导层2、第一有机半导体层3、第二有机半导体层4、金属电极5顺次连接；所述诱导层2和第一有机半导体层3之间存在弱外延关系；所述的弱外延关系是诱导层2的材料分子和第一有机半导体层3的材料分子之间的作用力是范德华力，并且两种分子晶体晶格之间存在外延关系；所述第一有机半导体层3的材料和有机半导体层4的材料相同，第一有机半导体层3是弱外延生长的类单晶薄膜，第二有机半导体层4是多晶薄膜；所述基板1的材料和处理方法同㈧；所述第一有机半导体层3的厚度不小于1. 5纳米，小于20纳米，材料同㈧；所述第二有机半导体层4的厚度大于0纳米，不大于20纳米；图3是本专利技术涉及的第三种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的结构示意图。(C)本专利技术的第三种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器的构成如下 基板1、诱导层2、第一有机半导体层3顺次连接，第一有机半导体层3还与第二有机半导体层4、金属电极5连接，金属电极5还与第二有机半导体层4连接；所述的诱导层2和第一有机半导体层3之间存在弱外延关系；所述的弱外延关系是诱导层(2)的材料分子和第一有机半导体层(3)的材料分子之间的作用力是范德华力，并且两种分子晶体晶格之间存在外延关系；第一有机半导体层3是弱外延生长的类单晶薄膜，第二有机半导体层4是多晶薄膜；所述第一有机半导体层3的材料和有机半导体层4的材料相同；所述基板1的材料和处理方法同(A)；所述第一有机半导体层3的厚度不小于1. 5纳米，小于20纳米，材料同㈧；所述第二有机半导体层4的厚度大于0纳米，不大于20纳米；本专利技术所涉及的有机半导体气体传感器可采用平面二极管的方式测量，即将金属电极5分别作为二极管的正负电极进行测量。对于基板是在导电材料表面覆盖一层绝缘材料形成的复合材料，还可以采用晶体管的方式测量，即将基底导电材料作为晶体管的栅电极，将电极5分别作为晶体管的源漏电极进行测量。本专利技术所涉及的第二种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器和第三种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器，可以通过降低沉积第二有机半导体层4时的衬底温度，使其生长生成多晶薄膜，由于多晶薄膜比类单晶薄膜具有更大的比表面积，可以吸附更多地敏感气体，从而提高器件对气体的敏感性。(I)本专利技术涉及的第一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器１、一种气敏层采用弱外延有机半导体薄膜气体传感器，所述的气敏层是基于弱外延生长的有机半导体薄膜在单分子层厚度时依然保持较高的电导，利用这种超薄膜作为有机半导体气体传感器的气敏层；其特征在于，其由基间存在外延关系，板（１）、诱导层（２）、第一有机半导体层（３）、金属电极（５）顺次连接构成；所述诱导层（２）和所述有机半导体层（３）之间存在弱外延关系，所述弱外延关系是诱导层（２）的材料分子与有机半导层（３）的材料分子之间是范德华力作用，并且二者晶体晶格之
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫东航，王秀锦，纪世良，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82
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