[发明专利]一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，具体涉及一种基于介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮是一种具有高活性的极性气体，具有特征性的甜味，室温下为有刺激性气味的红棕色气体。大气中的二氧化氮主要来源于汽车尾气排放和工业生产废弃排放，是酸雨形成的原因之一，能导致水体富营养化和酸化，从而破坏生态环境。另外，二氧化氮对人体健康影响巨大，人长期暴露在低浓度的二氧化氮中会导致严重的呼吸道疾病，甚至危及生命。

二氧化氮气体传感器的种类繁多，主要包括半导体气体传感器、电化学气体传感器、接触燃烧式气体传感器和固体电解质气体传感器等。当前，国内外的研究热点主要是半导体气体传感器，约占气体传感器的60%，一般通过二氧化氮与无机氧化物薄膜的相互作用来改变器件的特性，从而实现对气体的有效探测和对环境的监控。而基于有机半导体的有机薄膜晶体管（Organic Thin-Film Transistor，OTFT）二氧化氮气体传感器，作为一种新型的气体传感器，与无机氧化物电阻式气体传感器相比，除了具有材料来源广泛、工艺简单、使用寿命长和柔性衬底的可实现性等特点外，更具有选择性高、响应快及可室温工作等优点。同时，OTFT气体传感器与市场化传感器的较强选择性、高灵敏度的要求相契合，成为近年来新型传感器研究领域的一个热点。

目前，与OTFT气体传感器的相关研究，集中在有机半导体薄膜的材料合成、新的器件结构设计以及电路减噪等方面，但是，针对介电层改性的研究依然缺乏。大量的科学研究发现，由于介电层的表面直接与导电沟道接触，因此，其性质将直接影响基于有机薄膜晶体管的气体传感器的性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题提供了一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法，目的是克服有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器存在的敏感性低、响应速度慢、稳定性差等问题，通过对介电层表面的界面修饰，获取具有高敏感性能、快速响应速度和高稳定性的气体传感器件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①先对衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥；

②在衬底的表面制备栅电极，形成栅电极的图形；

③在镀有栅电极的基板的上制备介电层；

④对形成的介电层进行紫外光辐射；

⑤在已形成栅电极，以及己覆盖经紫外光辐射的介电层的基板上制备有机半导体层；

⑥然后制备源电极和漏电极，形成源电极，漏电极图案。

作为优选，所述步骤④中，紫外光辐射包括140~400 nm中的单个或多个波长的紫外光，辐射功率范围为1~1000 W，辐射时间范围为1~3600秒。

作为优选，所述步骤③中，介电层包括二氧化硅、三氧化二铝、五氧化二钽、氮化硅、二氧化钛、二氧化铪、聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯，介电层厚度为5~2000 nm。

作为优选，所述步骤①中，衬底由硅片、玻璃、聚合物薄膜或金属箔制成。

作为优选，所述步骤⑤中，有机半导体层包括并四苯、并五苯、6，13-二三异丙酯硅基乙炔并五苯、酞菁铜、酞菁锌、酞菁钴、红荧烯、六噻吩、聚噻吩或富勒烯，有机半导体层厚度为2~100 nm。

作为优选，所述步骤②⑥中，栅电极、源电极和漏电极由金属及其合金材料、金属氧化物或导电复合材料制成，源电极和漏电极的厚度为10~100 nm。

作为优选，所述步骤②⑥中，栅电极、源电极、漏电极是通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷、打印或旋涂中的一种方法制备。

作为优选，所述步骤③中，介电层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂或者真空蒸镀中的一种方法制备。

作为优选，所述步骤⑤中，所述有机半导体层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、辊涂、滴膜、压印、印刷或气喷中的一种方法制备。

本发明提供了一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法。经过修饰的介电层表面将有更大的官能团密度、更具化学活性的载流子陷阱或更优化的介电层表面形貌，而介电层表面正好与载流子沟道相邻，因此当气体扩散到载流子沟道时，介电层的表面的性质改变将极大地提升气体与介电层的相互作用，进而能够实现更多的气体吸附，从而实现载流子在沟道中传输条件的改变，以实现气体的高灵敏度和快速响应功能。