[發(fā)明專利]用于化學(xué)傳感器應(yīng)用的薄膜晶體管

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210371474.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN103076379A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳貽良;柳平;A·維格勒斯沃斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 施樂(lè)公司
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414;H01L51/05
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 吳曉萍;鐘守期

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含有化學(xué)敏感薄膜晶體管（TFT）的電子器件。所述器件可含有一種或多種不同種類的晶體管，并且可用于化合物如與爆炸性物質(zhì)相關(guān)的揮發(fā)性化合物的檢測(cè)、鑒別和/或量化。

背景技術(shù)

TFT通常由基材、導(dǎo)電柵極、源極和漏極、將柵極與源極和漏極分開的電絕緣柵介電層，和與柵介電層接觸并橋接源極和漏極的半導(dǎo)體層組成。其性能可通過(guò)總晶體管的場(chǎng)效應(yīng)遷移率、電流開/關(guān)比來(lái)測(cè)定。

可使用低成本的溶液圖形化和沉積技術(shù)，如旋涂、溶液澆鑄、浸涂、模板/絲網(wǎng)印刷、苯胺印刷、凹版印刷、膠版印刷、噴墨印刷、微接觸印刷等制造有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）。這種低成本使得OTFT可被用于處理電子器件可能會(huì)有利的應(yīng)用中。

對(duì)爆炸性化合物進(jìn)行檢測(cè)在國(guó)土安全應(yīng)用和其它保護(hù)作用方面都是需要的。爆炸性化合物通常含有氮并且包括三硝基甲苯（TNT）、環(huán)三亞甲基三硝胺（RDX）和季戊四醇四硝酸酯（PETN）。一些化學(xué)戰(zhàn)劑（warfare?agent）也含有氮原子，如某些糜爛性毒劑（blister?agent）、神經(jīng)毒劑（nerve?agent）和失能性毒劑（incapacitating?agent）。

在一些家庭和工業(yè)應(yīng)用中也需要從其它類似化合物中鑒別某些化合物。例如，化學(xué)傳感器可指示一氧化碳過(guò)量。特定化合物的存在與否還可用于控制某些工業(yè)過(guò)程。檢測(cè)特定污染物或副產(chǎn)物也可用于質(zhì)量控制目的。

利用OTFT的低成本可能性來(lái)實(shí)現(xiàn)一些上述化學(xué)傳感功能將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在一些實(shí)施方案中涉及特異性地或通過(guò)普通化學(xué)（general?class?or?shared?chemistry）檢測(cè)、鑒別和/或量化某些化合物的電子器件。所述電子器件包括當(dāng)接觸不同化學(xué)物質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同信號(hào)（如載荷子遷移率的變化）的化學(xué)敏感晶體管。所述器件包括第一晶體管，任選包括對(duì)給定化合物（如揮發(fā)性物質(zhì)）的響應(yīng)不同的第二晶體管或其它晶體管。所述響應(yīng)與所述晶體管的基線不同，而且獨(dú)立于其它晶體管的響應(yīng)而變化。可使用這種不同的響應(yīng)來(lái)檢測(cè)、鑒別和/或量化化合物。

本發(fā)明一些實(shí)施方案中公開了用于檢測(cè)和/或確定化學(xué)物質(zhì)（如含氮爆炸性化合物的蒸汽）特征的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括電子器件和分析儀。所述電子器件至少包括第一化學(xué)敏感薄膜晶體管。當(dāng)接觸不同化學(xué)物質(zhì)時(shí)，所述第一晶體管產(chǎn)生載荷子遷移率的變化。因此，可使用這種變化來(lái)檢測(cè)和/或鑒別所述化學(xué)物質(zhì)。結(jié)合使用掃描器、讀出器或分析儀來(lái)從電子器件獲得信息，特別是確定所述化學(xué)物質(zhì)的特征。

更具體地講，使用所述器件來(lái)檢測(cè)或鑒別的化學(xué)物質(zhì)選自含有一個(gè)或多個(gè)硝基的烴、氯化烴、醇和芳烴。

在具體實(shí)施方案中，第一晶體管包括第一半導(dǎo)體層，第一半導(dǎo)體層包括第一半導(dǎo)體和碳納米管。

在其它實(shí)施方案中，所述電子器件還包括第二晶體管。第二晶體管包括第二半導(dǎo)體層，其中第二半導(dǎo)體層包括第二半導(dǎo)體并且不含碳納米管。第一和第二半導(dǎo)體層組成的不同使得當(dāng)每個(gè)晶體管接觸相同的化學(xué)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生彼此不同的載荷子遷移率的變化。每個(gè)晶體管對(duì)不同化學(xué)物質(zhì)的響應(yīng)也不相同。兩個(gè)晶體管之間不同響應(yīng)的組合可用于化學(xué)物質(zhì)間的進(jìn)一步判別和/或輔助確認(rèn)由所述晶體管之一單獨(dú)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)特征。

可考慮將所述電子器件制成可通過(guò)互補(bǔ)的分析儀讀數(shù)的模塊形式。然后可處理該模塊。使用分析儀處理由電子器件產(chǎn)生的信息。例如，分析儀可含有對(duì)于由電子器件產(chǎn)生的各種值的對(duì)照查詢表、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

在一些實(shí)施方案中公開了用于確定化學(xué)物質(zhì)的特定特征的電子器件。所述電子器件包括第一晶體管和第二晶體管。所述第一晶體管包括第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層包括第一半導(dǎo)體和碳納米管。所述第二晶體管包括第二半導(dǎo)體層，其中所述第二半導(dǎo)體層包括第二半導(dǎo)體并且不含有碳納米管。每個(gè)晶體管對(duì)于不同的化學(xué)物質(zhì)和/或不同的化學(xué)組合物具有獨(dú)特的響應(yīng)，例如載荷子遷移率的變化。這被用于確定化學(xué)物質(zhì)的特定特征。

所述第一半導(dǎo)體和所述第二半導(dǎo)體可以分別為聚噻吩。在一些實(shí)施方案中，第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體獨(dú)立地具有式（I）的結(jié)構(gòu)：

式（I）

其中A為二價(jià)連接基團(tuán)；其中每個(gè)R獨(dú)立地選自氫、烷基、取代的烷基、烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、芳基、取代的芳基、烷氧基、取代的烷氧基、含雜原子的基團(tuán)、鹵素、–CN或–NO₂；并且其中n為2至約5000。

在具體實(shí)施方案中，每個(gè)R為具有約6至約25個(gè)碳原子的烷基。