[发明专利]一种基于有机场效应管红外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于有机场效应管红外探测器及其制备方法，场效应晶体管从下到上依次为衬底、栅电极、介电层、半导体层、源电极和漏电极、封装层，所述介电层为高度取向性的丝素蛋白生物材料，所述半导体层为竹纤维与半导体材料的混合材料。本发明利用高度取向性的丝素蛋白，有效的减小了探测器的漏电流以及介电层的介电性能，从而有效的提升了探测率同时减小了探测器的驱动电压；利用竹纤维有效杜绝了有毒试剂的使用，同时由于其红外吸光性，提升探测器的红外响应，实现器件对红外线的高灵敏高响应探测。该红外探测器采用丝素蛋白和竹纤维，生物环保，成本更低，将红外探测器应用范围拓宽，适合于柔性、可穿戴式设备与一次性生物电子领域。

技术领域

本发明属于探测器制备技术领域，特别涉及一种基于生物介电层以及生物材料掺杂有机半导体层的有机场效应管红外探测器及其制备方法。

背景技术

探测器的应用领域十分宽广，可以说从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的探测器。其中光探测器由于其可检测红外线、紫外线、可见光等，被广泛应用于水利、天文、气象、化工、医疗卫生行业中。有机光探测器属于光电转换器件，是利用具有光电效应的材料制成的能够实现光电转换的探测器。而有机场效应晶体管红外探测器相比于传统电阻式器件，由于具有灵敏度高、室温工作、易于集成以及独立的多参数来提高选择性等优点，加上有机材料本身所具备的由于质轻、价廉、具有柔性、制备方法简单、种类多、性能可通过分子设计进行调整等优势，在探测器领域一直倍受人们关注。然而，随着材料和制作工艺成本的增长，加上人们对环保电子材料的渴望，促使人们研发低成本、制备方法简单、种类多、环境友好的有机电子材料。同时便随着能源问题的出现以及可携带电子的飞速发展，如何制备低驱动电压，高探测率的探测器是一个亟待解决的问题。

介电层作为有机场效应晶体管一个重要的组成部分，现阶段的溶液制备大多大量使用了氯苯、甲苯、氯仿以及苯甲醚等有毒试剂，同时，他们所需要的驱动电压都很高(＞10V)，探究一种水溶液或醇溶液的且介电系数较高的介电层材料成为实现绿色工艺的重要一环。

发明内容

针对现有技术中，溶液制备有机场效应晶体管的介电层需大量使用，大多大量使用了氯苯、甲苯、氯仿以及苯甲醚等有毒试剂的问题，本发明提供一种基于有机场效应管红外探测器及其制备方法，其目的在于：提供一种生产成本低廉，绿色环保，高灵敏度，高稳定性，高寿命的场效应晶体管红外探测器。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于有机场效应管红外探测器，从下到上依次为衬底、栅电极、介电层、有机半导体层、源电极和漏电极、封装层，所述介电层为高度取向性的丝素蛋白生物材料，所述有机半导体层为竹纤维与半导体材料的混合材料。

采用该技术方案后，丝素蛋白是一种从蚕丝中提取的蛋白质，具有很好的生物相容性，良好的力学性能、优良的介电特性以及热稳定性，通过高速旋转的磁场进行处理，诱导丝素蛋白呈现有序的纳米线结构，从而提升了其介电常数，将其用到介电层中，将有效的降低探测器的驱动电压，同时高度有序的纳米线结构，也将诱导上层半导体层呈现出更好的定向结晶性，从而实现对红外线的高灵敏高响应探测。并且其具有含量丰富，生物环保，跟人体无抵触排异现象等优点，因此具有广泛应用于人体电子器件中的巨大潜力。

有机层与介电层掺杂，是提升有机场效应晶体管管器件性能和稳定性的一个简单有效的措施。竹纤维作为一种天然纤维，具有红外吸收特点，将其用到半导体层中，红外线照射时，引起半导体材料迁移率和结构的变化，从而使其电学性质发生较大变化，更容易感应外界的红外线，提升了有机场效应管的探测响应，实现器件对红外线的高灵敏高响应探测。同时，由于介电材料的高度取向性，以及介电材料对有机层的掺杂，使得有机层结晶性更强，并且使得有机层形貌更加有序，从而使器件的红外探测性能保持了较高的稳定性。

优选的，高度取向性的丝素蛋白生物材料的高度取向性通过在高速旋转磁场中退火形成。