[发明专利]一种PN结二极管传感器及其制作方法和应用

说明书

本发明涉及一种PN结二极管传感器及其制作方法和应用，包括表面有厚度为500nm二氧化硅层的衬底；蒸镀在二氧化硅层表面的N型半导体层及P型半导体层，两种半导体层之间部分相互重叠，重叠部分的宽度小于半导体层宽度的1/10；在N型半导体层及P型半导体层上均设有金电极，两金电极之间的距离为电极长度的1/100‑3/100，该传感器用于检测物质含量，具有很高的灵敏性。与现有技术相比，本发明提高了传感器的电学性能和灵敏性，实现了对粉体物质的直接检测。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，尤其是涉及一种PN结二极管传感器及其制作方法和应用。

背景技术

有机半导体是一种新兴的半导体材料。不同于常规的无机半导体材料，有机半导体通过有机共轭分子中有序的π-π共轭结构来传导电流。应用于化学/生物传感器领域时，有机半导体有着非常独特的优点：有机半导体分子具备无限的可修饰性，可以通过化学合成的方法附加多样化的侧链官能团。在保留其电学性能的同时，使得有机半导体具备一定的化学特性，对特定的化学物质或物理变量具备敏感性。这一特点是其他常规的半导体材料所很难实现的。正是因为这一特点，有机半导体材料在传感器应用方面有着很好的应用前景。

目前基于有机半导体材料的传感器大致分为化学传感器和物理传感器。化学传感器主要用于有毒有害气体的检测，物理传感器主要用来检测温度，压力等物理参数。例如K.See,J.Huang,.Becknell,and H.Katz制备的DMMP(模拟沙林毒气)检测器件，可以在浓度仅为100mg/m3的DMMP和空气的混合气中检测出DMMP气体。A.Bonfiglio,I.Manunza,P.Cosseddu,and E.Orgiu制作的压力传感器，可以对拉力和压力产生不同的反应。基于有机半导体的传感器是当前有机半导体学最重要的研究内容之一。国外许多著名大学和科研机构都在致力于这一领域的研究，其研究范围涵盖了气体传感器、压力触觉传感器、生物传感器等一系列前沿科研领域。

目前采用的传感器结构主要包括电阻型传感器和场效应晶体管型传感器。由于有机半导体导电性不好，电阻型传感器输出的电流信号很小，不利于检测。场效应晶体管虽然可以放大输出电流信号，但是为提高它的灵敏度，需要改变传感器的微结构，这就导致制作成本很高，而且它的导电特性(载流子在结构内部流动)也不允许它检测粉体物质。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供PN结二极管传感器及其制作方法和应用，提高传感器性能和灵敏度，并降低了成本，本技术提供了异于传统传感器结构的PN结二极管结构，在简化结构的同时，提高了器件的电学性能和灵敏性，实现了对粉体物质的直接检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种PN结二极管传感器，包括

表面有厚度为500nm二氧化硅层的衬底；

蒸镀在二氧化硅层表面的N型半导体层及P型半导体层，两种半导体层之间部分相互重叠，重叠部分的宽度小于半导体层宽度的1/10；

在N型半导体层及P型半导体层上均设有金电极，两金电极之间的距离为电极长度的1/100-3/100。

N型半导体层的材质为N,N’-双(3-(全氟辛烷)-丙烷)-1,4,5,8萘’四羧酸二氨酯。

P型半导体层的材质为二萘并噻吩酮。

N型半导体层的厚度大于P型半导体层。

PN结二极管传感器的制作方法，采用以下步骤：

(1)衬底清洁处理：使用丙酮，异丙醇分别超声衬底半小时，用无水乙醇和去离子水冲洗，使用氮气吹干衬底表面；

(2)衬底上蒸镀P型半导体层：使用真空蒸镀仪进行热蒸镀，在衬底上形成P型有机半导体薄膜层；