[發(fā)明專利]有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510341003.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN104934513B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃佳;吳小晗;褚瑩莉;杜鵑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/44
• 分類號(hào): H01L33/44;H01L33/02
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 陳亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光敏傳感器，尤其是涉及一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)的光敏傳感器性能優(yōu)異，應(yīng)用廣泛，包括光探測(cè)，光開關(guān)，光觸發(fā)放大器以及圖案成像等。然而傳統(tǒng)的OFET光敏傳感器要求有機(jī)半導(dǎo)體材料本身兼具較高的遷移率和良好的光敏性能，如此高的要求限制了OFET光敏傳感器的大規(guī)模推廣應(yīng)用。另一方面，利用OFET器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以得到具備優(yōu)異性能的傳感器，如美國(guó)斯坦福大學(xué)鮑哲南團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于具有復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷(PDMS介電層的OFET，該OFET具有非常高的壓力敏感性能。我們團(tuán)隊(duì)也報(bào)道了一種利用OFET中介電層和有機(jī)半導(dǎo)體層界面作用制備的溫敏傳感器，能夠應(yīng)用于人工皮膚的溫度感知。通過(guò)這些方式得到的傳感器不再要求有機(jī)半導(dǎo)體本身對(duì)刺激或信號(hào)的敏感性能，因此具有廣泛的材料適用性。而且，基于這種方式的光敏傳感器還沒有被報(bào)道過(guò)。

兼具柔性和生物安全性的光敏傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景，如John A.Rogers報(bào)道了使用柔性光敏傳感器仿照昆蟲的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，制備出了具備寬視角、低像差等優(yōu)異性能的柔性球面成像設(shè)備；他還報(bào)道了將生物安全的微型LED光源、光敏傳感器等電子器件集成在一起介入到小鼠的大腦，從而開創(chuàng)性地研究了生物體神經(jīng)系統(tǒng)的光遺傳行為。然而，上述器件中使用的材料包括PDMS和無(wú)機(jī)硅基半導(dǎo)體材料，其生物安全性和柔性都有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有優(yōu)異的光敏性能且兼具生物安全性的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器，包括：

作為介電層的PLA薄膜，

在PLA薄膜底部蒸鍍的金薄膜作為柵電極，

在PLA薄膜頂部蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體層作為導(dǎo)電層，

在導(dǎo)電層頂部蒸鍍相互隔絕的金薄膜作為源極和漏極。

所述的PLA薄膜厚度為1-5μm。

作為柵電極的金薄膜厚度為50-100nm。

所述的有機(jī)半導(dǎo)體層的厚度為50-100nm，材質(zhì)為二萘并噻吩酮。

所述的源極和漏極之間的距離為10-500μm。

有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器的制備方法，采用以下步驟：

a)基底的清潔處理：使用丙酮，異丙醇依次超聲清洗硅片基底，然后用無(wú)水乙醇和去離子水沖洗，最后用氮?dú)獯蹈梢r底表面；

b)基底的表面防粘處理：將體積濃度為1-5％的(十三氟-1,1,2,2-四氫辛烷)-三氯硅烷(FOTS)在氯仿中的溶液旋涂到上述洗凈的硅片表面作為防粘層；

c)在7×10^-4Pa的真空下將金熱蒸鍍到硅片上形成柵電極；

d)將c)的產(chǎn)物豎直置于50g/L的PLA氯仿溶液中，以15μm/s的速率緩慢提拉離開溶液表面，得到作為OFET介電層的PLA薄膜；

e)在7×10^-4Pa的真空下，將二萘并噻吩酮熱蒸發(fā)到上述PLA薄膜上；

f)使用c)相同的方法，利用掩膜版遮擋的方式將金熱蒸鍍到e)的產(chǎn)物上，作為OFET的源極與漏極電極；

g)將PLA薄膜從有FOTS處理的硅片上揭下，得到柔性光敏傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用PLA和DNTT分別作為OFET的襯底暨介電層和有機(jī)半導(dǎo)體材料，由于PLA中的化學(xué)極性基團(tuán)對(duì)DNTT中的載流子具有吸引捕獲效應(yīng)，而這種效應(yīng)能受光照的影響，從而使得制備的OFET具備光敏性能，光開關(guān)比達(dá)到10⁴倍，可用作光敏晶體管，并能應(yīng)用于圖案成像；

2、制備的OFET兼具柔性和生物相容性，將器件卷在半徑小于800μm的物體上還能保持正常性能；PLA本身是生物相容性優(yōu)異的高分子材料，而DNTT占OFET的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足1％，因此OFET整體的生物安全性良好，器件的萃取液與L929細(xì)胞的共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞的成長(zhǎng)率均高于80％；

3、本技術(shù)制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需精密的制備儀器，成本低廉，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的OFET工作性能，即其輸出特性曲線。

圖2為本發(fā)明制備的OFET的柔性展示，其遷移率隨卷曲半徑的變化情況。