[發明專利]一種雙參數、高靈敏度的有機小分子半導體薄膜磁性傳感器

無效

• 申請號: 201010162269.1
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101858961A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 熊祖洪;陳平;雷衍連;張巧明
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R33/032;H01L43/08
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明與有機半導體器件有關，涉及磁性傳感器技術領域。

背景技術

磁性傳感器通常使用于小型磁鐵工作的物體上，通過捕獲磁場的強度及其變化，為檢測物體的接近、移動或旋轉等行為提供了一種獨特的手段。使用磁性傳感器的歷史相當久遠，一些傳統的應用：例如，利用齒輪傳感器測量齒輪的轉速，應用線圈型傳感器來觸發埋在道路中的紅綠燈信號的電路回路，以及用霍爾裝置制作旋轉位置傳感器和電流傳感器等，由于價格、尺寸和可靠性多方面因素的不足，這些傳統的磁性傳感器在市場規模上已經呈現飽和狀態。

進入21世紀后，由于在小型化方面取得了巨大進展，全集成型的磁性傳感器需求量正在急劇增大。目前市面上廣泛流行的是磁電阻(MR)傳感器，其原理是：當在鐵磁合金薄帶的長度方向施加一個電流時，如果在垂直于電流的方向再施加磁場，鐵磁性材料中就有磁阻的非均質現象出現，從而引起合金帶自身的阻值變化。此類傳感器通常由各向異性磁電阻(AMR)材料和巨磁電阻(GMR)材料制作而成，前者通常是由一長條鐵磁薄膜(如透磁合金鎳鐵合金)，并用半導體技術將這些薄膜熔制在硅片上；而后者的結構則是數層很薄(25~50埃)的鐵磁層和非磁層交替生長(FM/NM/FM/NM/FM…)在半導體基底上(如硅等)而形成。理論預言，若將其用在小型化和微型化高密度記錄讀出頭、隨機存取存儲器中可使存儲密度獲得極大的提高(約為100倍)。

迄今為止，人們在磁傳感器的材料選擇上還主要集中在無機的磁性金屬材料上，而用不含任何磁性層的有機材料研制的半導體薄膜磁性傳感器，目前還處于研究狀態。由于有機半導體材料，較傳統的AMR和GMR材料，擁有材料選擇范圍寬、電子自旋擴散長度長、電子結構易調節、所需工藝簡單以及能夠制作成柔性襯底器件等諸多優勢，因此國際上目前正在積極研制有機半導體高靈敏度磁傳感器，但至今尚未實現產業化。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統技術存在的上述不足，在現有技術的基礎上，研制出一種全新理念的磁性傳感器，即基于有機小分子半導體材料的薄膜磁性傳感器。

本發明的技術方案如下：

一種雙參數、高靈敏度的有機小分子半導體薄膜磁性傳感器，所述磁性傳感器是基于有機電致發光材料tris(8-hydroxyquinolato)aluminum(Alq3)的有機半導體薄膜器件，所述磁性傳感器的結構由下至上為：襯底、導電透明陽極indium?tin?oxide(ITO)、有機材料功能層和lithium?fluoride(LiF)/Al陰極，所述有機材料功能層依次由一空穴傳輸層N，N′-bis(naphthalen-1-y)-N，N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)，一傳感層Alq3：3％4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran(DCM)和一電子傳輸層Alq3組成。所述磁性傳感器的電致發光強度由一個硅光電探頭測得并通過數字萬用表輸出，所得信號最后由計算機通過數據采集模塊進行采集。

其中有機材料Alq3、NPB和DCM的化學分子式如下：

所述磁性傳感器在垂直一維方向上的總厚度為340nm。

所述導電透明陽極ITO的厚度為100nm，有機材料功能層的厚度為140nm，LiF/Al陰極的厚度為100nm；陽極、有機材料功能層和陰極的厚度比為5∶7∶5。

所述有機材料功能層的中空穴傳輸層NPB的厚度為60nm、傳感層Alq3：3％DCM的厚度為50nm，電子傳輸層Alq3的厚度為30nm；NPB、Alq3：DCM和Alq3的厚度比例為6∶5∶3。

所述摻雜劑采用紅色熒光染料DCM，摻雜濃度即摻雜劑占發光層的質量百分比為3％。

所述襯底采用柔性襯底或普通玻璃襯底。

本發明首創性地將有機小分子發光材料(八羥基喹啉鋁Tris-(8-Hydroxy)QuinolineAluminum(Alq3))應用在磁傳感器上，開發出一種全新的半導體器件。在該方案中，申請人充分考慮了產品在實際使用情況下，可能存在的問題(包括產品的能耗、實際操作和可靠性等)，同時把設備的穩定性放在首要位置上，也兼顧了實現產業化的成本投入。