[發明專利]一種三維結構高效有機薄膜傳感器器件的制備方法

在審

• 申請號: 201611125633.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106596653A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 王麗娟;孫洋;閆闖;張梁;孫麗晶;尹麗;張國軍;唐甜甜
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00;B82Y40/00;B32B3/08;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/06;B32B27/36
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技術領域

本發明涉及一種三維結構高效有機薄膜傳感器制備方法，屬于有機半導體技術領域。

背景技術

有機半導體NO₂傳感器器件結構主要包括基底、半導體和電極。其核心結構為半導體層，為了得到更好性能的傳感器器件，獲得高有序的有機半導體薄膜仍然是研究的重點。

金屬酞菁是一類對NO₂氣體具有良好的敏感特性的P型有機半導體材料，具有良好的熱穩定性和化學穩定性，因此基于酞菁類的有機薄膜傳感器在高靈敏度氣體探測方面有著極大的應用前景。基于酞菁銅（CuPc）薄膜的OTFT傳感器應用于NO₂氣體檢測的報道有很多。多晶CuPc薄膜晶界較多電阻大，不利于氣體響應測試。采用弱外延生長方式，半導體層在大面積連續層狀生長的誘導層上取向生長，形成規則的連續類單晶薄膜，經外延生長后的有機半導體層基本無晶界勢壘，有利于載流子的傳輸。但由于外延生長的CuPc薄膜較致密，器件不能完全解吸附，導致器件在測試過程中基線向上漂移。噻吩低聚物以六噻吩（α-6T）為代表是迄今發現的空穴遷移率最高的p型有機半導體之一，具有優良的化學穩定性，被廣泛地應用在傳感器等領域，有很好的應用前景。但α-6T薄膜隨厚度的增加噻吩薄膜形貌呈明顯分型、且逐漸融合變大，薄膜的連續性也較差。

因此本發明為解決α-6T薄膜的不連續性及CuPc基線漂移的問題，利用α-6T三維尺度生長性和酞菁銅薄膜的橫向生長特性，將兩者結合起來增大了薄膜的比表面積，構成一種三維結構高效有機薄膜傳感器。

發明內容

本發明一種三維結構高效有機薄膜傳感器器件的制備方法中，三維結構高效有機薄膜傳感器結構如圖1，PET柔性襯底（1）上覆蓋Si₃N₄絕緣層（2），厚度不小于300 nm，不大于400 nm。在襯底溫度180℃真空下沉積六聯苯誘導層（p-6P）（3）厚度不小于4 nm，不大于5 nm，室溫下在p-6P上雙源同時沉積10nm的α-6T薄膜和5nm的CuPc薄膜，構成共生長有機半導體層（4），最后用掩膜版蒸鍍鋁叉指電極（5）寬度W為98mm，長度為L為0.15mm構成三維結構高效有機薄膜傳感器。

在Si₃N₄絕緣層（2）的PET柔性襯底（1）上用p-6P誘導弱外延α-6T薄膜和CuPc薄膜共生長有機半導體層結構如圖2。共生長有機半導體層由無規則交替連接的3種薄膜：α-6T薄膜（6）、α-6T縫隙間的CuPc薄膜（7）以及被CuPc覆蓋的α-6T薄膜（8）構成三維立體結構。由于α-6T三維生長特點，α-6T薄膜（6）部分是一種三維立體結構，并用CuPc填補了α-6T薄膜的空隙從而增大了薄膜整體的連續性和完整性。并且，三維特征的α-6T薄膜部分增大了與測試氣體接觸的面積，即測試氣體可以不僅僅與薄膜表面反應，還可以與α-6T薄膜的多個側面（9~11）反應，可以提高器件的提高傳感器的靈敏度和響應度。

附圖說明

圖1：三維結構高效有機薄膜傳感器結構圖。

圖2：共生長有機半導體層結構示意圖。

具體實施方式

一種三維結構高效有機薄膜傳感器器件的制備方法具體實現過程：NO₂氣體（12）可同時與薄膜的三個組成部分發生氧化還原反應。

1．NO₂氣體（12）與CuPc薄膜表面的反應：作為氧化性氣體分子，NO₂被酞菁銅分子吸附后，傳感器的電導發生變化，表現出對NO₂氣體的響應表面反應。

2．NO₂氣體（12）與α-6T薄膜的反應：島狀α-6T薄膜為NO₂分子提供了更多的吸附空間和吸附位，NO₂分子與α-6T薄膜的多個側面同時接觸反應，增大了反應的比表面積，從而增大了電信號，更有利于提高器件的氣敏性能，有利于氣體的響應測試。能夠應用于低濃度的NO₂氣體檢測，增強了器件的靈敏度。