[发明专利]一种阵列铜氧化物半导体传感器及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种阵列铜氧化物半导体传感器及其制备方法，该方法是采用无颗粒铜墨水在基底上进行导电层图案印制，经热处理后，在导电层上再打印特定图案的供铜氧化物生长的图案，再经热处理，在供铜氧化物生长的图案上实现金属氧化物纤维阵列的生长，即半导体层图案的印制。该方法无需掩膜版，可在柔性基材和非平面复杂基材表面进行图案印制，通过控制热处理条件可以调控氧化铜和氧化亚铜的比例，以及金属氧化物纤维阵列中纤维的尺寸和密度，同时生成的铜氧化物与金属铜(供铜氧化物生长的导电层图案)之间界面结合良好，在可穿戴设备和柔性电子等方面具有重大优势。

技术领域

本发明涉及一种阵列铜氧化物半导体传感器及其制备方法和用途，属于传感器技术领域。

背景技术

金属氧化物半导体在特殊的声、光、热和气氛等环境中会出现电导率变化，因此常被用于气敏、湿敏、光敏等传感器。纳米纤维阵列结构的半导体由于具有较高的电子传导、表面活性以及较大的比表面积等优点，受到广泛关注。目前，制备纤维阵列半导体多采用化学气相沉积和静电纺丝等方法，需要昂贵的设备，在集成器件上应用时还需要掩膜版。

近年来，喷墨打印以其无需掩膜版，非接触，直接印制，步骤少，材料节约，工序简单，可应用于柔性或复杂非平面基材等优点而受到重视，许多主要国家对此提出了相关的国家战略计划，其中包括美国FDCASU计划，欧盟地平线2020中的EXTMOS计划，韩国绿色IT国家战略和日本次世代电子显示计划等。在国内，国家重点研发计划也把印制电子列入战略性先进电子材料。采用印制方法制备传感器元件已有许多报导，但大多是打印纳米颗粒墨水，无颗粒墨水虽有少量报导，且已报导的通过无颗粒墨水烧结得到的半导体膜层也多由颗粒组成，在性能上仍与纤维阵列结构氧化物半导体组成的器件存在差别。如能采用喷墨打印，或其他印制电子方法直接印制得到纤维阵列结构的氧化物半导体，并能用同种墨水实现导线层打印，将同时实现性能和生产能耗上的双赢，对市场将具有巨大吸引力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阵列铜氧化物半导体传感器的制备方法，以及由该方法制备得到的半导体传感器及其用途。该方法无需掩膜版，可在柔性基材和非平面复杂基材表面进行图案印制。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种阵列铜氧化物半导体传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：使用无颗粒铜墨水，将其按照预定图案印制到基材上；

步骤2：在空气或惰性气氛中进行热处理，在基材上得到铜金属图案；

步骤3：使用无颗粒铜墨水，将其按照预定图案印制到步骤2的铜金属图案上；

步骤4：将步骤3中的无颗粒墨水图案在预设氧分压的气氛下进行热处理，在铜金属图案表面，形成铜氧化物纳米纤维阵列，得到阵列铜氧化物半导体传感器。

根据本发明，上述步骤1和步骤3中，所述的无颗粒铜墨水指可在空气中加热得到金属铜的无颗粒导电铜墨水，具体可以参考专利CN106700735A，在此全文引入本发明，作为本发明公开的内容。

优选地，所述无颗粒铜墨水包括铜前驱体、络合物和溶剂；其中，各个组分及其质量百分比为：铜前驱体：20～73wt％，络合物：15～60wt％，溶剂：10～51wt％。

优选地，所述无颗粒铜墨水还包括助剂；其中，所述助剂的质量百分比为：助剂：0～10wt％。

优选地，所述铜前驱体包括硝酸铜、氧化铜、不含有羟基的脂肪族羧酸铜、芳香族羧酸铜或脂环族羧酸铜中的一种或数种的混合；

优选地，所述络合剂选自含有1～6个N原子的脂肪胺、含有1～6个N原子的醇胺、含有1～6个N原子的酰胺、含有1～6个N原子的芳香胺、含有1～6个N原子的脂环胺中的一种或数种的混合；