[发明专利]一种基于有机场效应晶体管的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有机场效应晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法，属于二氧化氮传感器领域，包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、栅极绝缘层和有机半导体层，所述有机半导体层上设置有源电极和漏电极，所述有机半导体层为可溶性的有机半导体材料，在有机半导体层加入质量分数为分数为5％～10％的异甘草素以及12％～17％的叔丁基‑4‑羟基茴香醚；利用异甘草素和叔丁基‑4‑羟基茴香醚的抗氧化性，增强了晶体管器件在空气中的稳定性，同时，异甘草素和叔丁基‑4‑羟基茴香醚的引入，增加了待测二氧化氮分子与有机半导体的电荷交换，使半导体层中载流子浓度对二氧化氮浓度的变化更加敏感，实现有机场效应晶体管二氧化氮传感器对二氧化氮精确监测。

技术领域

本发明属于二氧化氮传感器领域，涉及一种基于有机场效应晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化氮是造成大气污染的重要污染物，其主要来源于汽车尾气的排放，化石燃料的燃烧，同时，在造成酸雨、酸雾的同时，二氧化氮还会对人体健康造成不可逆的损伤，监控大气环境中二氧化氮的浓度对于人类的健康生活生产有着十分重要的意义。

二氧化氮传感器的种类繁多，主要包括电阻式二氧化氮传感器、电容式二氧化氮传感器、电解质离子型二氧化氮传感器和重量型二氧化氮传感器等。当前，国内外的研究热点主要是电阻式二氧化氮传感器和电容式二氧化氮传感器。然而，传统电阻式与电容式二氧化氮传感器存在灵敏度低、工作温度高、设备复杂、检测参数单一的缺点；与之相对，基于有机半导体的有机场效应晶体管(Organic Field-Effect Transistor，OFET)的二氧化氮传感器，作为一种新型的二氧化氮传感器，与传统电阻式二氧化氮传感器及电容式二氧化氮传感器相比，除了具有材料来源广泛、工艺简单、使用寿命长和柔性衬底的可实现性等特点外，更具有响应快、集成度高及多参数检测等优点。同时，OFET二氧化氮传感器与市场化传感器的高智能度、高灵敏度的要求相契合，成为近年来新型二氧化氮传感器研究领域的一个热点。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于有机场效应晶体管的二氧化氮传感器及其制备方法，解决了解决现有二氧化氮传感器存在的敏感性低、特征参数少、集成度低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于有机场效应晶体管的二氧化氮传感器，包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、栅极绝缘层和有机半导体层，所述有机半导体层上设置有源电极和漏电极，所述有机半导体层为可溶性的有机半导体材料，在有机半导体层加入质量分数为分数为5％～10％的异甘草素以及12％～17％的叔丁基-4-羟基茴香醚。

进一步地，所述衬底由硅片、玻璃、聚合物薄膜或金属箔制成。

进一步地，所述栅极绝缘层无机绝缘材料或有机聚合物绝缘材料制备而成，所述无机绝缘材料为二氧化硅、三氧化二铝、氮化硅、二氧化钛的一种或多种，所述有机聚合物绝缘材料为聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯的一种或多种，所述栅极绝缘层厚度为20～520nm。

进一步地，所述有机半导体层为聚3-己基噻吩、Tips-并五苯的一种或多种可溶性有机半导体材料，厚度为25～400nm。

进一步地，所述栅电极、源电极和漏电极均为金、银、铜的一种或多种，厚度为10～100nm。

进一步地，所述栅电极、源电极和漏电极均为氧化铟锡、氧化锌透明导电薄膜的一种或多种，厚度为10～100nm。

一种基于有机场效应晶体管的二氧化氮传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥；

S2：在衬底的表面制备栅电极，形成栅电极的图形；

S3：在镀有栅电极的基板的上制备栅极绝缘层；