[发明专利]一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法，在有机半导体层中设置小分子添加剂时，采用溶液连续处理法或固态扩散法完成，从而得到嵌有至少包含一个氰基或氟基的小分子添加剂的OTFT氨气传感器，所述溶液连续处理法是在制得的有机半导体薄膜表面旋涂或浸涂含有小分子添加剂的正交溶液；所述固态扩散法是在制得的有机半导体薄膜表面真空热蒸镀小分子添加剂材料。通过本发明，在保证OTFT氨气传感器高灵敏度的同时，克服现有OTFT氨气传感器存在的稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于气体传感器领域,一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法。

背景技术

氨气是一种无色弱碱性气体，具有强烈的刺激性气味，广泛应用于农业肥料、制冷系统、清洁剂制造及塑料合成等领域，并在“无碳”能源领域具有巨大的应用潜力。同时，人体呼吸中潜存的微量氨气能反映机体肾脏等部位的健康状况，在新兴的“无创”医疗诊断领域成为了一种重要的生物标记物。然而，由于氨气分子很小，极易泄漏，并且氨气具有强毒性和腐蚀性，遇明火极易发生爆炸，故氨气一旦发生泄露，将会对人民、环境、国家财产安全等造成巨大危害。

目前，检测氨气的技术手段种类繁多，包括气相色谱、红外光谱、毛细管电泳、电化学、光化学等方法，然而，这些方法具有设备复杂、检测周期长或成本高等不足，因此，简单而高效的半导体电学传感器始终是氨气传感器领域的研究热点。其中，基于有机半导体与氨气相互作用的有机薄膜晶体管OTFT(Organic thin film transistor)，由于具有材料来源广泛、制备工艺简单、柔性可拉伸、多参数检测及可室温工作等突出的优点，引起了研究人员的广泛关注。然而现有技术并不能通过一种简单的制作方法，使OTFT氨气传感器在保证高灵敏度的同时具有优异的稳定性。

在有机半导体中嵌入小分子添加剂作为一种简单有效的策略，在优化薄膜结构、提升有机电子器件性能方面已经得到了广泛的应用，如：活性层中嵌入小分子添加剂，能使有机薄膜太阳能电池的效率得到有效的提升；嵌入小分子成核助剂，可有效调控有机半导体的结晶过程。因而通过在有机半导体中嵌入小分子添加剂来解决上述问题是一个很好的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于：通过一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器及其制备方法，通过一种简单的制备方法，在保证高灵敏度的同时，克服现有OTFT氨气传感器存在的稳定性差的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种嵌有小分子添加剂的OTFT氨气传感器，包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、介电层、嵌有小分子添加剂的有机半导体层，以及设置在有机半导体层上的源电极及漏电极；所述小分子添加剂的分子结构中至少包含一个氰基或氟基。

进一步，所述小分子添加剂材料为7,8,8-四氰对醌二甲烷、二氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰对醌二甲烷、11,11-二氰-9-蒽醌-10-甲烷、11,11,12,12-四氰-9,10-蒽醌二甲烷或氟化富勒烯中的一种。

进一步，所述有机半导体层中的有机半导体材料为p型有机半导体材料；所述有机半导体层的厚度在5nm～50nm范围内。

进一步，所述p型有机半导体材料为并五苯、酞菁铜、红荧烯、六噻吩、6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、2,7-二辛[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩聚(2,5-二烷基噻吩-噻吩并[3,2-b]噻吩或聚3-己基噻吩中的一种。

进一步，所述介电层的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽、聚(二甲基硅氧烷)、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚(4-乙烯基苯酚)、交联聚(4-乙烯基苯酚)或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；所述介电层厚度在50nm～1000nm范围内。