[發明專利]二氧化氮氣體傳感器及其制備和測試方法

在審

• 申請號: 201510035404.9
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104677966A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 謝光忠;解濤;杜鴻飛;黃俊龍;杜曉松;太惠玲;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種室溫工作的二氧化氮氣體傳感器及其制備方法和測試方法。

背景技術

自20世紀末人類進入信息社會以來，人們的一切活動都是以信息獲取與信息交換為中心，作為信息技術的基礎與三大支柱之一的傳感器技術也進入高速發展的新時期。

由于OTFT氣體傳感器的敏感層，同時也是FET器件的有源層，所以敏感層薄膜的性能至關重要。敏感層的選擇既要滿足FET晶體管的特殊要求如載流子遷移率高，本征電導低等特點，同時，還要能對待測氣體敏感。這就對敏感材料提出了很高的要求，而有機材料與無機材料的復合材料是一種先進材料，該復合材料是結合二者的優點提高OTFT氣體傳感器性能。例如：無機金屬氧化物半導體的載流子遷移率普遍要比有機半導體聚合物高的多，希望二者結合會提高FET器件的載流子遷移率。但是目前多數的報道表明在有機半導體中摻入半導體氧化物會惡化有機半導體聚合物的性能。因此，采用某種方法克服這個缺點制備出有機-無機復合材料，應用到FET器件上會使其性能有大大提高。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種室溫工作的二氧化氮氣體傳感器及其制備和測試方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種二氧化氮氣體傳感器，其結構為有機薄膜場效應晶體管，包括柵電極、襯底，氧化柵層、源電極和漏電極、有源層，其中襯底為硅襯底，氧化柵層為二氧化硅，源電極、柵電極和漏電極為金電極，有源層為ZnO納米棒和P3HT聚合物復合形成的復合材料薄膜。

作為優選方式，所述ZnO納米棒的直徑為100nm-250nm。

作為優選方式，ZnO納米棒的長度為0.5μm-4μm。

作為優選方式，在有源層中，P3HT聚合物和ZnO納米棒的質量比為6:1-6:6。

作為優選方式，在有源層中，P3HT聚合物和ZnO納米棒的質量比為6:2。

作為優選方式，所述傳感器為底柵底接觸的有機薄膜場效應晶體管氣體傳感器。

作為優選方式，有源層薄膜的厚度為60nm-180nm。

本發明還提供一種上述二氧化氮氣體傳感器的制備方法，包括如下步驟：

①采用低溫水熱法制備ZnO納米棒；

②采用噴涂成膜的方法將P3HT-ZnO復合材料沉積在源電極漏電極，其中ZnO納米棒與P3HT聚合物接觸，形成異質結結構。

形成的異質結結構由于滿足n型半導體功函數小于p型半導體功函數在異質結接觸的兩邊會形成一個多子的積累區，能夠有效改善OTFT器件的性能；

對比其他金屬納米氧化物棒狀結構，在增加遷移率的幅度上，ZnO具有最好的效果，本發明中氧化鋅納米棒的加入增加了OTFT器件的遷移率，增加幅度為1.23倍，而氧化鈦的增加幅度僅為0.8倍左右。

二氧化氮分子吸附在敏感薄膜，并向薄膜內部擴散，但氣體分子接觸到異質結界面處，對載流子分布產生影響，從而影響氣體傳感器的性能。

進一步的，本發明還提供一種上述二氧化氮氣體傳感器的制備方法，包括如下步驟：

①將十六烷基三甲基溴化銨溶于0.25mol/L氫氧化鈉去離子水中攪拌形成溶液，其中十六烷基三甲基溴化銨與氫氧化鈉的質量比為0.04：1，

②配置0.2mol/L六水合硝酸鋅的去離子水溶液，并與步驟①的溶液等體積混合，磁力攪拌1-2小時后，倒入反應釜中于85℃-90℃下反應12-15h，將所得的溶液過濾，并用乙醇清洗至少三次，在60-90℃下干燥，得到氧化鋅納米棒粉末；

③將ZnO納米棒粉末加入到3mg/ml的P3HT氯仿溶液中，超聲振蕩，將溶液通過氣噴的方式淀積到有機薄膜場效應晶體管的源電極和漏電極上，作為器件的有源層，然后在真空干燥箱內干燥12-15h。

此外，本發明還提供一種上述二氧化氮氣體傳感器的測試方法，將所述二氧化氮氣體傳感器置于測試腔中，采用干燥空氣作為載氣和稀釋氣體，并用配氣系統調節待測氣體的濃度，用半導體性能分析儀采集相應的電流信號，傳感器的測試溫度為室溫。

測試溫度為室溫，二氧化氮更容易在界面處吸附，而載流子分布最容易變化就是在界面處，所以提高了對氣體的響應。