[發(fā)明專利]一種基于機(jī)薄膜晶體管甲烷氣體傳感器及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210107841.3
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102636552A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘建;于軍勝;張霖;于欣格
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)薄膜晶體管甲烷氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

甲烷在自然界分布很廣，是天然氣、沼氣、坑氣及煤氣的主要成分之一。甲烷氣體爆炸引發(fā)的事故在礦開采行業(yè)已造成了極大的危害。甲烷爆炸作為煤礦安全問題的主要威脅之一，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和工作人員的犧牲。甲烷對人基本無毒，屬微毒類，皮膚接觸液化的甲烷，可致凍傷。但濃度過高時，空氣中氧含量會明顯降低，致使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%-30%時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速等。若不及時遠(yuǎn)離，可致窒息死亡。甲烷的燃點只有63℃左右，在空氣中含量為5%-15%時，遇明火就會產(chǎn)生爆炸，當(dāng)含量達(dá)到9.5%時爆炸最強(qiáng)烈。因此，準(zhǔn)確地檢測周圍環(huán)境甲烷的濃度對保護(hù)工作人員的生命安全具有十分重要的意義。

目前，常用的甲烷檢測的方法有光干涉檢測法(比如中國專利CN?201984032?U?、CN?201780268?U?、CN?1010957318?A?、CN??201844973?U、CN?101915123?A、200520033421.0等)?，催化燃燒法（中國專利CN?101695658），以及氣相色譜法等。其中，光干涉檢測法與催化燃燒法都有著不同程度的成本消耗高的缺點；光干涉法不能進(jìn)行連續(xù)測量，對氣體濃度指示不直觀；雖然催化燃燒法響應(yīng)靈敏度高、對氣體的選擇性好，但測值穩(wěn)定性差、精度較低，而且其響應(yīng)信號容易受到干擾，存在零點漂移和輸出靈敏度的變化。?

有機(jī)材料價格低廉、材料來源廣泛、與柔性基底相兼容等特點使有機(jī)薄膜晶體管使在氣體傳感器方面的發(fā)展和應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。有機(jī)薄膜晶體管氣體傳感器響應(yīng)速度快、選擇性、可逆性好、可室溫工作，而且能夠微型化、陣列化。OTFT具有獨(dú)特的優(yōu)勢，它能夠提供多參數(shù)的響應(yīng)，比如：在甲烷環(huán)境下測量，可以觀察到開關(guān)電流比的變化、閾值電壓的漂移、遷移率的變化等等，從低價格、低功耗、可大規(guī)模生產(chǎn)方面來說，有機(jī)薄膜晶體管氣體傳感器是一個新的發(fā)展視角。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)的檢測甲烷傳感器的缺點，提供一種制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，用于檢測甲烷并且能夠多參數(shù)響應(yīng)的一種基于機(jī)薄膜晶體管甲烷氣體傳感器及其制備方法。

一種基于機(jī)薄膜晶體管甲烷氣體傳感器,包括玻璃襯底1、柵電極2、柵極絕緣層3、漏電極4源電極5、具有氣體探測功能的有機(jī)層6組成，其特征在于：柵極絕緣層3位于刻蝕有柵極2的襯底1上，源電極5和漏電極6位于柵極絕緣層3之上，有機(jī)層6連接源電極5和漏電極4，有機(jī)層6既作為有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管器件的基本結(jié)構(gòu)組成部分又作為敏感功能層。?

進(jìn)一步的說，所述有機(jī)層6以p型半導(dǎo)體材料并苯類為原料，由并三苯、并四苯、并五苯、6,13-二三異丙酯硅基乙炔并五苯、3,4-苯并芘、六苯并苯、6,13-五并苯醌中的至少一種構(gòu)成。

進(jìn)一步的說，所述有機(jī)層6的厚度為5-500?nm。

進(jìn)一步的說，所述襯底1由硅片、玻璃、聚合物薄膜或金屬箔制成。

進(jìn)一步的說，所述柵電極2、源電極5和漏電極4由低電阻的金屬及其合金材料、金屬氧化物或?qū)щ姀?fù)合材料制成，源電極5和漏電極4的厚度為10-300?nm。

進(jìn)一步的說，所述柵極絕緣層3的厚度為20-2000?nm。

一種基于機(jī)薄膜晶體管甲烷氣體傳感器的制備方法，包括以下步驟：

①先對襯底（1）進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥；

②在襯底表面制備柵電極（2）；

③在柵電極（2）上面制備柵極絕緣層（3）并對絕緣層進(jìn)行處理；

④在所述柵極絕緣層（3）上制備源電極（5）和漏電極（4）；

⑤在源電極（5）和漏電極（4）之間制備用于探測甲烷氣體的有機(jī)層（6）。

進(jìn)一步說，制備方法中所述柵電極（2）、源電極（5）、漏電極（4）通過真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、絲網(wǎng)印刷、打印或旋涂中的任一方法制備。

進(jìn)一步說，制備方法中所述柵極絕緣層（3）通過等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、熱氧化、旋涂或者真空蒸鍍中的任一方法制備。?

進(jìn)一步說，制備方法中所述有機(jī)層（6）通過等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、熱氧化、旋涂、真空蒸鍍、旋涂、滴膜、壓印、印刷或氣噴中的任一方法制備。