一種有機場效應晶體管氣體傳感器及其制備方法
【技術領域】
[0001] -種有機場效應晶體管氣體傳感器及其制備方法，用于精確控制有機材料內晶粒 的大小，提高有機場效應晶體管氣體傳感器的選擇性，屬于電子元器件技術領域。
【背景技術】
[0002] 場效應晶體管是光電子和電子技術領域的主流研宄方向之一，由于其能在小電 流、低電壓的條件下工作，因此在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。近年來，有機半導 體材料的有機場效應晶體管（Organic field-effect transistor，簡稱OFET)由于其在大 面積顯示、有機集成電路、射頻識別技術和傳感器方面的應用潛力得到了人們的廣泛關注。 目前，有機場效應晶體管已經在諸多方面顯著改進了以無機場效應晶體管為主的電子信息 領域現狀?；谟袡C場效應晶體管的氣體傳感器具有以下優(yōu)勢：
[0003] ①有機材料的成膜技術更多，更新，使得器件的尺寸能夠更小便于集成化生產，利 于集成于大面積顯示用作有源驅動，利用有機薄膜大規(guī)模制備技術，可以制備大面積的器 件；
[0004] ②有機場效應晶體管具有良好的柔韌性，質量輕，便于攜帶。在適當范圍內對柔性 OFET進行反復彎折或扭曲，不會顯著影響其電學性能；
[0005] ③有機場效應晶體管的多個參數可以用于OFET傳感器的指示參數，實現多參數 的調控模式，使基于OFET的傳感器具有更好的響應特性。
[0006] 目前，基于OFET有機半導體材料的研宄是提高器件性能的核心。針對基于OFET傳 感器的研宄也主要集中在有機半導體材料的選擇和形貌控制上，其中，有機半導體材料晶 粒的大小對OFET傳感器的性能有很大的影響?？刂朴袡C半導體材料晶粒大小的主要方法 是控制成膜速度和采用后退火的工藝。存在的主要問題是形成的晶粒大小難于精確控制， 達不到OFET氣體傳感器的應用要求；且后退火工藝耗時耗力，對器件中其他功能層的耐熱 能力要求苛刻。同時，基于OFET的氣體傳感器在對不同氣體的選擇性方面還存在較大的局 限。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明針對現有技術的不足之處提供了一種有機場效應晶體管氣體傳感器及其 制備方法，解決現有技術中晶粒大小難于精確控制，達不到OFET氣體傳感器的應用要求的 問題。
[0008] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0009] 一種有機場效應晶體管氣體傳感器，其結構包括從下到上依次設置的襯底、柵電 極、柵極絕緣層和有機半導體層，設置在有機半導體層上的源電極和漏電極，其特征在于， 所述柵極絕緣層為可溶性的，并在柵極絕緣層內加入了 10%~50%的蟲膠進行混合。
[0010] 進一步，所述柵極絕緣層為聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯醇 (PVA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚酰亞胺（PI)的一種或多種可溶性有機聚合物絕緣材料，厚 度為100~600nm。
[0011] 進一步，所述有機半導體層為聚3-己基噻吩（P3HT)、并五苯、酞菁酮、富勒烯的一 種或多種有機半導體材料，厚度為30~300nm。
[0012] 進一步，所述柵電極、源電極和漏電極為金屬或者導電薄膜，源電極和漏電極厚度 為10~300nm，所述金屬為金、銀、銅的一種或多種，所述導電薄膜為氧化銦錫、氧化鋅透明 的一種或多種。
[0013] 一種有機場效應晶體管氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： [0014] ①利用洗滌劑、丙酮溶液、去離子水和異丙醇溶液對帶透明柵電極ITO的襯底進 行清洗，清洗后用氮氣吹干；
[0015] ②將同乙醇進行1:10稀釋的蟲膠攪拌后，與可溶性柵極絕緣層溶液進行10%~ 50%的混溶，在柵電極上面制備蟲膠-柵極絕緣層；
[0016] ③在柵極絕緣層上面制備有機半導體層；
[0017] ④在有機半導體層上制備源電極和漏電極；
[0018] ⑤將步驟④制得后的有機場效應晶體管器在手套箱進行封裝，手套箱為惰性氣體 氛圍。
[0019] 進一步，所述步驟②中的蟲膠-柵極絕緣層、步驟③中的有機半導體層、步驟④中 的源電極和漏電極是通過真空蒸鍍、離子團束沉積、離子鍍、直流濺射鍍膜、射頻濺射鍍膜、 離子束濺射鍍膜、離子束輔助沉積、等離子增強化學氣相沉積、高密度電感耦合式等離子體 源化學氣相沉積、觸媒式化學氣相沉積、磁控濺射、電鍍、旋涂、浸涂、噴墨打印、輥涂、LB膜 中的一種或者幾種方式形成。
[0020] 與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0021] 一、在有可溶性柵極絕緣層中加入蟲膠，可以通過調控蟲膠在可溶性柵極絕緣層 中所占比例對有機材料的晶粒大小進彳丁精確簡便的控制；
[0022] 二、在有可溶性柵極絕緣層中加入蟲膠，達到對多種氧化性氣體的選擇性探測的 目的，同時通過調整晶粒大小的比例，起到提高有機場效應晶體管性能的作用。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖，從上到下依次為：1_源電極、2-漏電極、3-有機半導 體層、4-柵極絕緣層、5-柵電極、6-襯底；
[0024] 圖2是本發(fā)明基于蟲膠：PMMA = 50:50介電層的有機場效應晶體管氣體傳感器對 >氧化氣的探測性能；
[0025] 圖3是本發(fā)明基于蟲膠：PMMA = 50:50介電層的有機場效應晶體管氣體傳感器對 ^氧化硫、二氧化硫的探測性能。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0027] 如圖1所示，器件結構從上到下依次為：源電極1，漏電極2,有機半導體層3,柵 極絕緣層4,柵電極5,襯底6 ;所述可溶性柵極絕緣層為聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚乙烯醇（PVA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚酰亞胺（PI)的一種或多種可溶性有機 聚合物絕緣材料，厚度為100~600nm ;所述有機半導體材料為聚3-己基噻吩（P3HT)、并 五苯、酞菁酮、富勒烯的一種或多種有機半導體材料，厚度為30~300nm ;所述柵電極、源電 極和漏電極為金屬或者導電薄膜，其中源電極和漏電極厚度為10~300nm，所述金屬為金、 銀、銅的一種或多種，所述導電薄膜為氧化銦錫、氧化鋅透明的一種或多種。
[0028] 蟲膠是一種天然樹脂，包括80~90%的樹脂，4~7%的紫膠色素，4~7%的紫膠 蠟和2~6%的水，具有獨特的優(yōu)良特性，被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、塑料、軍事、電氣、橡膠、 油墨、皮革、涂料、染料和粘合劑等行業(yè)。蟲膠無毒，目前在醫(yī)藥工業(yè)中主要用于藥丸藥片的 防潮糖衣、藥品密封、上光、腸溶藥包衣和近年發(fā)展起來的營養(yǎng)物與化妝品的膠囊等。紫膠 涂料同樣可用于食品工業(yè)的很多方面，可被人體吸收、可自然降解，例如糖果和糕點涂了紫 膠涂料之后，可變得甚為美觀、光亮，可以防潮、防結塊、防變質和延長貯存時間等。水果用 紫膠涂料涂膜后，能在一定時期內抑制水分蒸發(fā)，保持新鮮，減少腐爛，改善外觀，產生提高 經濟效益的效果。蟲膠產品具有較好的抗張強度、耐磨性、回彈性和硬度，具有理想的機械 性能。電學性能方面，蟲膠的介電強度高，且在受電弧支配后，無導電性，加上它有良好的粘 著性和熱塑性，在電器絕緣上有特殊的用途。另外，被水解的蟲膠形成的薄膜比天然蟲膠形 成的薄膜更柔軟，這與蟲膠中軟樹脂的增加有關。但水解蟲膠膜的水汽浸透性比用天然蟲 膠膜低一些，所以需要進行一些處理來保證蟲膠的水氧阻隔能力。
[0029] 實施例1 :
[0030] 對由透明襯底及透明導電ITO所組成的基板進行