[发明专利]一种基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器的制备方法

说明书

本发明是一种基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器的制备方法，其特征是在柔性衬底PEN（1）上真空溅射氧化铟锡阳极（2），接着再真空匀速蒸镀p‑6P异质层（3），在90℃下先以0.1 nm/min速度再以0.2 nm/min速度真空蒸镀α‑6T异质层（4），然后构成直立于衬底生长的圆柱形结构，在120℃下真空低速沉积ZnPc（5）在p‑6P异质层（3）和α‑6T异质层（4）诱导下取向生长构成圆柱形纳米晶体结构，最后采用真空蒸镀金属银阴极（6）构成柔性衬底的垂直二极管的气体传感器。该气体传感器具有柔性，圆柱形纳米晶体结构有利于NO₂气体（7）的吸附与解吸附，具有快速响应/回复的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器的制备方法，属于二极管气体传感器领域。

背景技术

垂直二极管气体传感器是一种具有灵敏度高、响应和恢复时间快、使用寿命长及成本低的有机电子器件，可广泛用于气体探测报警、自动控制、自动测试等领域。在制备垂直二极管气体传感器的过程中，半导体层的形貌、厚度、结构对器件的性能有非常重要的影响。高度有序、结晶性好、连续性高的有机半导体薄膜有利于载流子的传输，能够提高器件的性能，从而获得具有高灵敏度、快速响应和恢复的半导体气体传感器。

目前垂直二极管气体传感器常用的有机材料是P型和N型构成。ZnPc作为金属酞菁类材料中的一种，具有优良的稳定性且对NO₂气体很敏感。p-6P诱导生长的α-6T分子直立于衬底结晶生长，分子之间形成的π-π共轭平行于衬底，有利于载流子的运输而且具有异质层诱导的气体传感器性能进一步提升。对于平面二极管气体的吸附与解吸过程比较缓慢，导致不能快速响应和回复，但垂直二极管能够有效的提高其吸附与解吸附性能。

因此本发明采用α-6T/p-6P双异质结，在双异质结上沉积生长ZnPc纳米晶体，其中α-6T和ZnPc是对NO₂响应的气敏材料。制备的柔性衬底的垂直二极管气体传感器表现出电子传输特性和空穴传输特性，提高了NO₂载流子的密度同时高质量的薄膜使载流子迁移率大幅提升，提高的器件性能。采用柔性衬底能够携带方便，柔性好。

发明内容

本发明是一种基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器的制备方法，能够提升器件对气体的响应能力，获得快速响应/回复，同时采用柔性衬底使器件具有柔性。

基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器结构如图一，首先在柔性衬底PEN（1）上真空溅射氧化铟锡阳极（2）厚度为150-200 nm之间，然后匀速真空蒸镀p-6P异质层（3）蒸速为0.2 nm/min，衬底温度为90 ℃，厚度为5 nm，继续真空蒸镀α-6T异质层（4），蒸速先为0.1nm/min在为0.2 nm/min，衬底温度为90 ℃，厚度为20 nm，最后在p-6P异质层（3）和α-6T异质层（4）上真空低速沉积ZnPc（5）形成圆柱形纳米晶体结构，厚度为30 nm，最后真空蒸镀金属银阴极（6），厚度为180 nm构成柔性衬底的垂直二极管的气体传感器。

附图说明

图1基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器结构示意图。

具体实施方式

本发明是一种基于柔性衬底的垂直二极管的气体传感器的制备方法，具体实现过程如图1所示。

1.在6.0×10^-4 Pa的真空度下，在柔性衬底PEN（1）上溅射厚度为180 nm的氧化铟锡阳极（2）。

2.在6.0×10^-4Pa的真空度下，匀速蒸镀p-6P异质层（3），厚度为5 nm，蒸镀速度0.2nm/min，衬底温度为90℃；继续蒸镀α-6T异质层（4）厚度为20 nm，蒸镀速度先0.1 nm/min在为0.2 nm/min，衬底温度为90℃。

3.采用真空低速沉积ZnPc（5）在双异质层p-6P异质层（3）和α-6T异质层（4）上诱导其取向生长形成圆柱形纳米晶体结构，厚度为30 nm，最后在在6.0×10^-4 Pa的真空度下，蒸镀厚度为180 nm的金属银阴极（6）。