[發明專利]一種基于印刷晶體管的pH檢測標簽

有效

• 申請號: 201510036367.3
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104792848B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 郭小軍;唐偉;蔣琛;馮林潤
• 申請（專利權）人: 南京華印半導體有限公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及一種化學傳感器件，具體涉及一種基于印刷晶體管的pH檢測標簽及制備，屬于印刷/有機電子器件制備技術領域。

背景技術

pH傳感器可廣泛用于農業生產、化學工程、生物工程、食品生產、環境保護、軍事等領域，尤其是物聯網、智能監控、云計算等新型應用對可拋式傳感標簽的需求非常大，因此低成本的可拋式傳感標簽越來越受到關注。在眾多類型的pH傳感器中,全固態器件型離子場效應晶體管因具有體積小、靈敏度高、響應快、微型化、易集成的優點，而且兼具電化學和晶體管雙重特性可以很容易與外電路匹配，實現在線控制和實時監測。傳統的離子場效應晶體管大多是硅基器件，雖然傳感性能優異，但是它也存在可定制性差、生產周期長、不便于柔性化以及生產和處理過程中產生一定的環境污染等缺陷。近年來隨著有機晶體管技術的突飛猛進，促進了新型離子場效應晶體管的發展。借助低成本印刷技術，基于印刷晶體管的pH傳感標簽使得滿足可柔性化、成本低廉、環保以及適合批量生產等要求的成為可能。然而受制于材料及工藝，印刷晶體管的工作電壓通常較高(>40V)，標簽供電將是拓寬傳感標簽實用化的瓶頸之一。另一方面，有機晶體管的工作電流較低的特性對檢測電路的要求提出了更高的要求。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術領域的不足，用印刷工藝制作可低電壓工作的電壓輸出型pH傳感標簽及其制備方法。

本發明技術方案是，基于印刷(有機)晶體管的pH傳感標簽器件，依次包括襯底(尤其是塑料/紙襯底)、離子敏感膜、參比電極、有機晶體管和封裝層；有機晶體管按層依次包括柵電極、柵絕緣層、通孔、源電極與漏電極、有機半導體層、半導體保護層，有機晶體管上方為封裝層；離子敏感膜、參比電極與有機晶體管的柵電極直接制備在襯底上，而且離子敏感膜一端與有機晶體管的柵電極靠近，離子敏感膜另一端與參比電極靠近且此區域為pH傳感標簽器件的反應池。

pH傳感標簽上的具有兩個有機晶體管，二個柵電極在一層，源電極與漏電極在另一層(上層)，有機晶體管均采用底柵底接觸型結構；第一有機晶體管的柵電極與離子敏感膜接觸，與第二有機晶體管的漏電極電連接，第二有機晶體管的源電極與柵電極電連接；其中第一有機晶體管用于跟離子敏感膜組成擴展柵型離子場效應晶體管以檢測pH信號，該有機晶體管與組成反相器的第二有機晶體管用于將pH信號轉化為電壓輸出信號。為實現低操作電壓以及兼容印刷工藝，標簽上的所有功能層均采用低成本的印刷工藝制作得到。

本發明論的有益效果：本發明提供的pH傳感標簽具有以下優點：

第一，傳感器件工作操作電壓低、功耗小，供電源來源廣，器件可由如光伏電池、紙電池、無線電波等方式驅動，極大地拓展了標簽的應用領域。

第二，使用印刷工藝，產品具有生產成本低、產品周期短等優勢。

第三，晶體管以及襯底使用的是有機材質，使得標簽具有優異的柔韌性。

總之，本發明所有功能層均采用印刷工藝制作。該標簽的不僅生產成本低、產品周期短，而且具有功耗小、柔韌性好等特性，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1本發明一個優選實施例中pH傳感標簽器件疊層結構圖；

圖2本發明一個優選實施例中pH傳感標簽器件電路示意圖；

圖3本發明一個優選實施例中有機晶體管電學特性；圖中a、b分別對應VDS和VGS的工作特性；

圖4本發明一個優選實施例中擴展柵型離子反應有機晶體管電學特性對被測溶液pH的響應特性；圖中a、b分別對應VRE(參比電極電壓)和VDS的響應特性。

圖5本發明一個優選實施例中擴展柵型離子反應有機晶體管對pH響應的再生特性；

圖6本發明一個優選實施例中傳感標簽的輸出特性及再生特性。

具體實施方式

如圖所示，1-襯底；2-離子敏感膜；3-參比電極；4-柵電極；5-柵絕緣層；6-通孔(連線)；7-源/漏電極；8-有機半導體層；9-半導體保護層；10-標簽封裝層；11-反應池。

為更好地理解本發明中的技術方案，下面結合附圖對此進行詳細的描述。由于所述實施例為較佳實施方式，所述描述是以說明本發明的一般原則為目的而不僅僅限定本發明的范圍。