[发明专利]一种基于有机薄膜晶体管一氧化碳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表面修饰的有机薄膜晶体管一氧化碳气体传感器的制备方法。

背景技术

一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性的气体。常见于家庭居室通风差的情况下，由未完全燃烧的木炭产生；或是由于液化气管道泄漏、工业生产煤气以及煤炭开采中产生。一氧化碳是一种易燃易爆气体，与空气的混合爆炸极限为12%~75%。另外，吸入一氧化碳会导致其通过肺泡进入血液循环，与血液中的血红蛋白结合，其亲和力比氧气与血红蛋白的亲和力大200多倍，因此当短时间内吸入过多一氧化碳时，会导致组织缺氧，产生中毒症状，严重时会导致神经系统的严重损害甚至死亡。

一氧化碳气体传感器的种类繁多，主要包括固体热传导式传感器、定电位电解式传感器、气相色谱法传感器和红外分析传感器等。当前，国内外的研究热点主要是基于半导体的传感器，一般通过气体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）一氧化碳气体传感器，作为一种新型的一氧化碳气体传感器，与基于无机氧化物的一氧化碳气体传感器相比，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一氧化碳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一氧化碳气体传感器的制备方法，目的是克服现有有机薄膜晶体管一氧化碳气体传感器存在的敏感性低、响应速度慢的问题，通过对介电层表面的界面修饰，获取具有高敏感性能、快速响应速度的一氧化碳气体传感器件。

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一氧化碳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氧等离子轰击；

⑤在已形成栅电极，以及己覆盖经氧等离子轰击的介电层的基板上制备有机半导体膜；

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，氧等离子轰击功率范围为20~1000 W，轰击时间为1~120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⑥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⑥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，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一氧化碳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，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。