[发明专利]一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器制备技术领域，特别涉及一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器。该气体传感器通过加入含羟基的聚合物绝缘层，既可实现提升氨气检测能力，又能大幅改善器件环境稳定性。

背景技术

随着电子学的飞速发展及其在传感器领域的应用，以场效应管为基础构成的化学传感器成为传感器领域的一个研究热点，将其应用于无机和挥发性气体的检测已有广泛报道。与传统的气体传感器相比，基于场效应管结构的气体传感器除了具有灵敏度高、可在常温下使用等优点外，还具有几个显著优点：

1)利用晶体管基本特性将难以检测的高电阻变化转变为易检测的电流变化；

2)可通过适当选择器件的栅极工作电压来调节传感器的灵敏度；

3)多参数模式更有利用气体的识别和分析；

4)易于集成，可制备大面积传感器阵列，便于向集成化、微型化方向发展。

然而现有的场效应管气体传感器能在大气环境中稳定工作的，多为硅基场效应管，大量使用时会对环境造成污染，制备过程复杂，造价昂贵，且不易实现柔性、大面积器件；与之相对的，聚合物绝缘材料，造价低廉，制备过程简单，易于制备大面积柔性器件，然而在空气中很容易变性，特别是含有羟基的聚合物绝缘材料极易与水分子结合；同时，作为场效应管重要组成部分绝缘层来说，聚合物绝缘材料可实现溶液法制备，在低温下即可形成品质良好的薄膜，其中含羟基的聚合物材料还可以采用水、醇溶剂体系，进一步降低对环境的危害。

现有的基于p型有机半导体材料的有机场效应管氨气传感器，在检测氨气时，其参数变化为负向变化，即饱和电流、迁移率减小，阈值电压负向漂移，虽然有不错的恢复性能，但是高强度高浓度检测环境下，极易中毒，导致器件失灵。而基于n型有机半导体材料的有机场效应管氨气传感器则因为其在空气稳定性中的先天不足，很少应用。

发明内容

本发明目的在于改善现有的有机场效应管氨气传感器缺点，补充传统硅基场效应管氨气传感器的不足，提供一种制备工艺简单，生产成本低廉，可在大气环境下实现对目标气体稳定检测的一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器。

本发明的技术方案为：

一种含有功能绝缘层的有机场效应管氨气传感器，包括衬底、栅电极、绝缘层a、功能绝缘层、绝缘层b、有机半导体层、源电极和漏电极，所述栅电极设置与衬底之上，绝缘层a设置于栅电极之上，功能绝缘层设置于绝缘层a之上，绝缘层b设置于功能绝缘层之上，有机半导体层设置与绝缘层b之上，源电极和漏电极分别设置于有机半导体层之上；所述绝缘层a、b由不含羟基的聚合物绝缘材料构成，所述功能绝缘层由含羟基的聚合物绝缘材料构成。

进一步的，所述功能绝缘层为氨功能化氧化石墨烯、聚（4-乙烯基苯酚）、聚(4-乙烯基苯酚-co-甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯醇中的一种，厚度为50nm~100nm。

进一步的，所述绝缘层a、b可为同种或两种材料，为聚苯乙烯、聚(二甲基硅氧烷)、聚(双酚A-co-4-硝基苯二甲酸酐-co-1,3-苯二胺)、聚(双酚A碳酸酯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1,2-二(三氯甲硅烷基)乙烷、1,6-二(三氯甲硅烷基)己烷、聚(4-叔丁基苯乙烯)、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷、4′-己基-(1,1′-联苯基)-4-腈、三甲氧基(十八烷基)硅烷、碳酸丙烯酯、聚[1,4-苯基二羰基-alt-双(4-苯氧基苯基)甲酮]、2,3,5,6-四甲基-对苯二胺中的一种，厚度为100nm~200nm。

进一步的，所述有机半导体层由p型有机半导体构成，为酞菁铜、苯并蒽、红荧烯、并五苯、四硫富瓦烯、双(亚乙基二硫醇)四硫代富瓦烯、6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、六噻吩、5,5′-二(4-联苯基)-2,2′-联噻吩、5,5′-二己基-2,2′-联噻吩、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、含硅氧烷的聚异戊二烯衍生物中的一种，所述半导体层厚度为30~50nm。

进一步的，所述栅电极、源电极和漏电极由金、银、铜或铝及其合金材料中的一种制成，源电极和漏电极的厚度为30nm~80nm。

进一步的，所述衬底为硅片、玻璃、聚合物薄膜、金属箔、植物纤维、纤维蛋白凝胶、明胶、聚乳酸、病毒纤维素、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或多种。