[发明专利]一种用于离子检测的有机场效应晶体管及其检测方法

说明书

本发明属于有机场效应晶体管技术领域。本发明提供了一种用于离子检测的有机场效应晶体管及其检测方法，所述晶体管从下至上依次为n型掺杂硅栅极电极、二氧化硅介电层、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰层、活性半导体材料层和金源漏电极，其特征在于，n型掺杂硅栅极电极的边缘设置了栅极测试槽口和离子溶液槽口，所述活性半导体材料层选用TII(BFu)₂。本发明所述晶体管对于不同离子呈现清晰的间隔排布，同时还对10^‑6M到10^‑2M的钠离子浓度有梯度变化的电流响应，适用于离子的检测。本发明方法测试结构简单便捷，摆脱了传统测试结构能耗较大的问题，测试过程中稳定性高，离子检测过程中选择性响应明显，并且耗材成本低廉，适用于大规模批量化生产及测试。

技术领域

本发明属于有机场效应晶体管技术领域，具体涉及到使用有机场效应晶体管检测离子的方法，尤其涉及到一种便捷的有机场效应晶体管测试结构及其用于检测不同离子的方法。

背景技术

自从无机电子器件问世以后，有机半导体电子器件的应用前景随着时间的推移而越发广阔，人们通常把利用半导体表面垂直电场来控制半导体的导电能力随着这个垂直电场强度大小的变化而变化的现象称之为“场效应”。利用“场效应”原理人们发明了场效应晶体管，并且场效应晶体管现在已经成为了超大规模集成电路及显示器件中的核心元件，是现代电子科技中不可缺少的元件。其中有机场效应晶体管，简称organic field-effecttransistor(OFET)，在经历了多年的调查研究后，其极具吸引力的特征和丰富的应用领域逐渐走入大众世界。

OFET的独特优势在于它可实现大面积机械柔性显示，同时拥有高性能、低功耗、低成本和易加工等技术特点。如今对于OFET的追求之一在于进一步地缩短响应时间提升其性价比，诸多的努力也使得OFET在传感检测方面有用武之地。比如，Taeksoo Ji于2008年使用柔性基底制备出的有机场效应晶体管可用来进行酸碱度和离子选择性检测(T.Ji,P.Rai,S.Jung,and V.K.Varadan,Appl.Phys.Lett.2008,92,233304)。2009年，A.Caboni则使用柔性并五苯场效应器件较为稳定地检测出水溶液下氢离子的浓度(A.Caboni,E.Orgiu,E.Scavetta,M.Barbaro,and A.Bonfiglio,Appl.Phys.Lett.2009,95,123304)。到了2014年，PII2T-Si聚合物OFET由Oren Knopfmacher制备出，可用于丰富的海洋环境离子及DNA检测(O.Knopfmacher,M.L.Hammock,A.L.Appleton,G.Schwartz,J.Mei,T.Lei,J.Pei,andZ.Bao,Nature Communications,2014,DOI:10.1038)。此外，使用电解液栅和参比电极对分析物溶液进行传感检测的各种新颖结构也在持续的研究之中。由此，各国各公司、高等院校和科研院所开始紧张密集地研究，以角逐这个行业的龙头老大，争取研发OFET传感检测应用产品的一席之地。

在器件测试结构方面，通常的OFET离子检测借助Ag/AgCl参比电极和检测池，采用栅极串联的结构，这样的检测器明显带来了结构上的复杂性，不利于产业化应用。例如，Supachai Ritjareonwattu用poly(3-hexylthiophene)作为活性层制备的氢离子选择性OFET(S.Ritjareonwattu,Y.Yun,C.Pearson,Michael C.Petty,Org.Electron.2010,11,1792-1795)，T.N.T.Nguyen的小组用来检测氢离子浓度的ITO玻璃基底延伸栅结构OFET(T.N.T.Nguyen,Y.G.Seol,and N.-E.Lee，Org.Electron.2011,12,1815-1821)，以及Kerstin Schmoltner于2013年制备出的离子选择性电解液栅OFET(K.Schmoltner,J.Kofler,A.Klug,and E.J.W.List-Kratochvil,Adv.Mater.2013,25,6895–6899)，虽然都能对特定离子进行检测，但是参比电极和检测池结构都较为复杂。