[发明专利]一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法

说明书

本发明是一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法，在衬底（1）上覆盖二氧化硅的氧化物层（2）和聚合物层（3）构成复合绝缘层，聚合物层对氧化物层起保护作用，使NO₂分子不会深陷于二氧化硅中，有利于NO₂分子的解吸附。采用旋涂法将二氧化钛溶液制成薄膜作为氧化物缓冲层（4），在氧化物缓冲层（4）上先后以快速、慢速、再快速的蒸镀速率真空沉积生长六噻吩柱状纳米晶体构成有机纳晶层（5），然后继续旋涂氧化物缓冲层（6），最后蒸镀金电极（8）。氧化物缓冲层使电子传输速率大大增加，提高对NO₂分子的敏感性和响应度。六噻吩柱状纳米晶体构成的有机纳晶层具有三维吸附和解吸附特点，提高传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法，属于有机半导体领域。

背景技术

由于空气污染严重，气体传感器的环境监测非常有意义。二氧化氮（NO₂）是燃烧燃料引起的主要污染物，可能导致光化学烟雾、急性肺炎、酸雨、水肿和眼部发炎，甚至可能会导致癌症。无机NO₂传感器通常体积大，选择性低，功耗高。因此，开发具有高敏感性和选择性、重量轻、功耗低的新型气体传感器是非常重要的。

有机场效应晶体管传感器是一种利用有机半导体作为有源层的新型气体传感器。一方面，有机场效应晶体管传感器是现代电子学的关键组成部分，与无机气体传感器相比，在分子设计多样性、低成本、重量轻、机械柔性、低工作电压等方面具有显著的优势。另一方面，有机场效应晶体管传感器被认为是用于高质量的有机薄膜环境监测重要方案。

因此本发明将聚合物PVP溶液旋涂于二氧化硅SiO₂绝缘层之上构成聚合物/氧化物复合绝缘层，降低了NO₂分子在SiO₂绝缘层中的吸附作用，优化了探测气体NO₂分子的吸附/解吸附过程。通过快速、慢速、再快速的连续蒸镀速率的方法制备出具有柱状结构的六噻吩有机纳晶层，实现对NO₂分子的三维吸附。并且通过增加氧化物缓冲层结构降低接触面电阻，大大优化了载流子传输速率，有利于对NO₂分子的高度敏感反应和传感器的快速回复。

发明内容

本发明提供一种聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器制备方法。聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管结构如图1。在衬底（1）上覆盖的复合绝缘层包括氧化物层（2）、PVP聚合物层（3），氧化物层（2）由SiO₂组成，厚度在200-220 nm之间。用乙醇溶剂溶解PVP制成浓度为5 mg/ml的溶液，然后在室温下采用旋涂法在前转400 r、6 s，后转1300 r、30 s的条件下制成聚合物层（3），厚度在200到300 nm之间。PVP的聚合物层（3）结构致密，对氧化物层（2）具有保护作用，使NO₂分子不会深陷于氧化物层（2）中。将TiO₂粉末溶于乙醇溶剂中，制成浓度为2 mg/ml的溶液，室温下采用旋涂法在前转500 r、6 s，后转1800 r、30 s的条件下制成薄膜，厚度在50到100 nm之间，作为氧化物缓冲层（4）和（6），降低了接触面的电阻，增大了载流子传输速率。

在90℃的衬底温度、8×10^-4 Pa的真空度下在氧化物缓冲层（4）上生长六噻吩有机纳晶层（5），厚度为20 nm，先后以快速0.5-1 nm/min、慢速0.1-0.2 nm/min、再快速0.5-1nm/min的蒸镀速率分别沉积10 min、60 min、10 min形成六噻吩柱状纳米晶体，构成有机纳晶层（5）。具有柱状结构，增加了与NO₂分子的接触面积，从而实现对NO₂分子的三维立体吸附，有利于对NO₂分子的高度敏感反应和传感器的快速恢复。最后在氧化物缓冲层（6）上真空蒸镀金电极（8）构成聚合物/氧化物复合有机纳晶场效应晶体管气体传感器。