[发明专利]一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器及其制备方法，所述二氧化氮传感器为顶栅顶接触式结构，包括从下到上依次设置的衬底、有机半导体层、支撑膜和栅电极，所述有机半导体层、支撑膜和栅电极围合形成介电层，所述介电层在支撑膜作用下由外界环境空气形成空气介电层，在所述空气介电层内且在有机半导体层上表面上分别设置有源电极和漏电极。与传统有机薄膜晶体管二氧化氮传感器相比，空气介电层的引入避免了二氧化氮在半导体薄膜中缓慢的扩散过程，使得待测气体直接与半导体层沟道相互作用，从而实现了更快的响应回复速度以及高的探测率。

技术领域

本发明属于气体传感器领域,具体的涉及一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮是一种棕红色有刺激性气味的气体。主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。二氧化氮是一种影响空气质量的重要污染物，吸入二氧化氮会导致中毒反应甚至致命。二氧化氮主要损害呼吸道，吸入气体初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成为呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。慢性毒害主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症，个别病例出现肺纤维化，可引起牙齿酸蚀症。长期暴露在浓度为40到100毫克/立方米的二氧化氮环境中会影响人的身体健康。二氧化氮所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响；大气能见度的降低；地表水的酸化，富营养化以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量；腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等；渗入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中铝、铜、锌、镉等对人体有害金属元素的含量会偏。高二氧化氮也是形成光化学烟雾和酸雨的主要因素之一。因此，研制新型二氧化氮气体传感器替代传统的二氧化氮分析仪器和有机半导体传感器，以便快速检测和预警二氧化氮水平，具有重要意义。

目前，检测二氧化氮的技术手段种类繁多，包括气相色谱、红外光谱、毛细管电泳、电化学、光化学等方法，然而，这些方法具有设备复杂、检测周期长或成本高等不足，因此，简单而高效的有机半导体电学传感器始终是二氧化氮传感器领域的研究热点。其中，基于有机半导体与二氧化氮相互作用的有机薄膜晶体管，由于具有材料来源广泛、制备工艺简单、柔性可拉伸、多参数检测及可室温工作等突出的优点，引起了研究人员的广泛关注。然而由于有机半导体材料对二氧化氮缓慢的吸附与解吸附过程，现有的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器往往具有较差的响应和回复速度，为其实际应用制造了阻碍。

因此，如何实现快的响应速度、高的响应度、高的灵敏度以及高的稳定性的传感器，是现在研究的一大热点。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述机半导体材料对二氧化氮存在缓慢的吸附与解吸附的过程，导致的二氧化氮传感器的回复速度、灵敏度差的问题，本发明提供一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器。

本发明的另外一个目的是提供一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于空气介电层的有机薄膜晶体管二氧化氮传感器，所述二氧化氮传感器为顶栅顶接触式结构，包括从下到上依次设置的衬底、有机半导体层、支撑膜和栅电极，所述有机半导体层、支撑膜和栅电极围合形成介电层，所述介电层在支撑膜作用下由外界环境空气形成空气介电层，在所述空气介电层内且在有机半导体层上表面上分别设置有源电极和漏电极。

本发明中通过引入空气介电层，使得二氧化氮直接与半导体层沟道相互作用，避免了二氧化氮在半导体中缓慢的扩散与吸附，从而提升了气体传感器的响应回复速度和灵敏度。

优选地，所述空气介电层和支撑膜厚度均为1-500μm。