[发明专利]用于化学传感器应用的薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及含有化学敏感薄膜晶体管（TFT）的电子器件。所述器件可含有一种或多种不同种类的晶体管，并且可用于化合物如与爆炸性物质相关的挥发性化合物的检测、鉴别和/或量化。

背景技术

TFT通常由基材、导电栅极、源极和漏极、将栅极与源极和漏极分开的电绝缘栅介电层，和与栅介电层接触并桥接源极和漏极的半导体层组成。其性能可通过总晶体管的场效应迁移率、电流开/关比来测定。

可使用低成本的溶液图形化和沉积技术，如旋涂、溶液浇铸、浸涂、模板/丝网印刷、苯胺印刷、凹版印刷、胶版印刷、喷墨印刷、微接触印刷等制造有机薄膜晶体管（OTFT）。这种低成本使得OTFT可被用于处理电子器件可能会有利的应用中。

对爆炸性化合物进行检测在国土安全应用和其它保护作用方面都是需要的。爆炸性化合物通常含有氮并且包括三硝基甲苯（TNT）、环三亚甲基三硝胺（RDX）和季戊四醇四硝酸酯（PETN）。一些化学战剂（warfare agent）也含有氮原子，如某些糜烂性毒剂（blister agent）、神经毒剂（nerve agent）和失能性毒剂（incapacitating agent）。

在一些家庭和工业应用中也需要从其它类似化合物中鉴别某些化合物。例如，化学传感器可指示一氧化碳过量。特定化合物的存在与否还可用于控制某些工业过程。检测特定污染物或副产物也可用于质量控制目的。

利用OTFT的低成本可能性来实现一些上述化学传感功能将是有利的。

发明内容

本发明在一些实施方案中涉及特异性地或通过普通化学（general class or shared chemistry）检测、鉴别和/或量化某些化合物的电子器件。所述电子器件包括当接触不同化学物质时会产生不同信号（如载荷子迁移率的变化）的化学敏感晶体管。所述器件包括第一晶体管，任选包括对给定化合物（如挥发性物质）的响应不同的第二晶体管或其它晶体管。所述响应与所述晶体管的基线不同，而且独立于其它晶体管的响应而变化。可使用这种不同的响应来检测、鉴别和/或量化化合物。

本发明一些实施方案中公开了用于检测和/或确定化学物质（如含氮爆炸性化合物的蒸汽）特征的系统。所述系统包括电子器件和分析仪。所述电子器件至少包括第一化学敏感薄膜晶体管。当接触不同化学物质时，所述第一晶体管产生载荷子迁移率的变化。因此，可使用这种变化来检测和/或鉴别所述化学物质。结合使用扫描器、读出器或分析仪来从电子器件获得信息，特别是确定所述化学物质的特征。

更具体地讲，使用所述器件来检测或鉴别的化学物质选自含有一个或多个硝基的烃、氯化烃、醇和芳烃。

在具体实施方案中，第一晶体管包括第一半导体层，第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管。

在其它实施方案中，所述电子器件还包括第二晶体管。第二晶体管包括第二半导体层，其中第二半导体层包括第二半导体并且不含碳纳米管。第一和第二半导体层组成的不同使得当每个晶体管接触相同的化学物质时产生彼此不同的载荷子迁移率的变化。每个晶体管对不同化学物质的响应也不相同。两个晶体管之间不同响应的组合可用于化学物质间的进一步判别和/或辅助确认由所述晶体管之一单独产生的化学物质特征。

可考虑将所述电子器件制成可通过互补的分析仪读数的模块形式。然后可处理该模块。使用分析仪处理由电子器件产生的信息。例如，分析仪可含有对于由电子器件产生的各种值的对照查询表、数据处理系统等。

在一些实施方案中公开了用于确定化学物质的特定特征的电子器件。所述电子器件包括第一晶体管和第二晶体管。所述第一晶体管包括第一半导体层，所述第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管。所述第二晶体管包括第二半导体层，其中所述第二半导体层包括第二半导体并且不含有碳纳米管。每个晶体管对于不同的化学物质和/或不同的化学组合物具有独特的响应，例如载荷子迁移率的变化。这被用于确定化学物质的特定特征。

所述第一半导体和所述第二半导体可以分别为聚噻吩。在一些实施方案中，第一半导体和第二半导体独立地具有式（I）的结构：

式（I）

其中A为二价连接基团；其中每个R独立地选自氢、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、芳基、取代的芳基、烷氧基、取代的烷氧基、含杂原子的基团、卤素、–CN或–NO₂；并且其中n为2至约5000。

在具体实施方案中，每个R为具有约6至约25个碳原子的烷基。