CN109142446A

CN109142446A - 一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法

Info

Publication number: CN109142446A
Application number: CN201810945690.6A
Authority: CN
Inventors: 王璐; 刘昱含; 王丽娟; 孙丽晶; 佟万璐; 边奇; 朱彤
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明是一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，采用玻璃衬底（1），Mo/Al/Mo底栅极（2），采用间歇式生长方式旋涂聚乙烯醇（PVA）和连续式生长方式旋涂聚苯乙烯（PS）形成复合绝缘层（3）形成平整的绝缘层表面。采用成核生长方式生长p‑六联苯（p‑6P）诱导层（4），采用快速蒸镀和慢速蒸镀相结合方式蒸镀酞菁氧钒（VOPc）形成孔状气体敏感层（5），最后蒸镀金材料作为底接触的叉指电极。该孔状结构的气体敏感层为分析物与传导通道中的电荷载流子相互作用提供了立体的直接接触通道，从而获得高灵敏度、快速响应的有机气体传感器。

Description

一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，属于有机气体传感器技术领域。

背景技术

过去的几十年中，有机场效应晶体管（OFETs）因其具有低成本、柔性好、易加工和生物相容性等优点，在柔性有源矩阵显示器、射频识别标签和传感器等方面被广泛研究。近年来，基于OFETs的传感器是另一个引人注目的应用，由于分析物诱导产生栅压的微小变化可能会引起沟道电流的显著变化，从而基于 OFETs的传感器通常具有较高的灵敏度，使得OFETs传感器在光传感、人造皮肤、环境监测、食品安全检测、药物传递和医疗诊断等方面都有广泛的应用前景。

有机半导体（OSC）层是实现高性能OFETs基化学传感器的关键性因素。通过改进OSC层的材料和加工方法，如设计具有特定π-共轭核结构和侧链的OSC分子，在OSC上接合或沉积受体，以及修饰OSC膜厚度等，使得基于OFETs的传感器的传感性能已得到了显著提高。但是以上这些优化方式，都是基于连续和紧凑的OSC薄膜来实现的，这实际上限制了传感器的灵敏度。

OFETs传感器的传感响应通常是由于OSC导电通道和电极中的分析物与电荷载流子的相互作用，如掺杂或猝灭引起的电荷载流子密度变化、偶极子引起的电荷俘获和延迟，以及电荷注入势垒的变化。这些相互作用导致阈值电压、电荷迁移率和输出源漏电流的变化。然而，OFETs的导通通道通常集中在半导体膜底部的几个分子层中，靠近介电/半导体界面，这使得具有连续和紧凑的OSC薄层的常规OFETs传感器的器件结构常常限制它们的传感性能。分析物分子必须先在有机半导体膜上扩散，然后才能与传导通道中的电荷载流子相互作用，限制了传感器的灵敏度和响应速度。

本发明是一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，采用玻璃衬底（1），Mo/Al/Mo底栅极（2），采用间歇式生长方式旋涂聚乙烯醇（PVA）和连续式生长方式旋涂聚苯乙烯（PS）形成复合绝缘层（3）。采用成核生长方式生长p-六联苯（p-6P）诱导层（4），采用快速蒸镀和慢速蒸镀相结合方式蒸镀酞菁氧钒（VOPc）形成孔状气体敏感层（5），最后蒸镀金材料作为底接触的叉指电极（6）。该孔状结构的气体敏感层为分析物与传导通道中的电荷载流子相互作用提供了立体的直接接触通道，从而获得高灵敏度、快速响应的有机气体传感器。

发明内容

本发明是一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，可以大幅提高气体传感器的灵敏度、响应速度和回复时间。

传感器结构如图1所示，使用玻璃作为衬底层（1），以溅射法在衬底（1）上覆盖Mo/Al/Mo底栅极（2），采用间歇式生长方式旋涂PVA和连续式生长方式旋涂PS形成复合绝缘层（3），采用成核生长方式生长p-6P诱导层（4），采用快速蒸镀和慢速蒸镀相结合方式蒸镀VOPc形成孔状气体敏感层（5），最后蒸镀金材料作为底接触的叉指电极（6）。

本发明的衬底层（1），是回收的废旧液晶屏拆卸后处理得到的玻璃基板，上面覆盖有200 nm ~ 300 nm的Mo/Al/Mo底栅极（2）。

PVA溶液浓度和PS溶液浓度为10 mg/ml~20 mg/ml。先采用间歇旋涂方式旋涂一层PVA层：先设置前转200 rpm，旋涂时间3 s；后停止1 min；再设置前转300rpm，旋涂时间6s；后停止2min；最后设置后转2000 rpm，旋涂时间30 s。再采用连续旋涂方式旋涂一层PS转速300rpm，旋涂时间6s。最终形成平整的PVA/PS复合绝缘层（3）。

随后，采用真空连续蒸镀的成核生长方式生长6 nm ~ 9 nm厚度的p-6P诱导层（4）。采用成核生长方式生长p-六联苯（p-6P）诱导层（4），采用快速蒸镀和慢速蒸镀相结合方式蒸镀VOPc形成孔状气体敏感层（5），即在180 ℃下，先以每分钟2 nm的速度快速蒸镀6nm，停5 min，再以每分钟0.5 nm的速度慢速生长5 nm，最后以每分钟3nm的速度快速生长9nm，实现孔状气敏层（5）。再使用掩膜板遮挡蒸镀金材料作为底接触的叉指电极（6），蒸镀真空为5.0×10^-4 ~ 6.0×10^-4 Pa。从而获得孔状聚合物薄膜立体有机气体传感器，该其他传感器具有更高的气体灵敏度，更快的响应速度和回复时间。

附图说明：

图1聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器的断面结构结构示意图。

图2聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器的气体敏感层立体结构示意图。

具体实施方式

本发明是一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，具体实现过程如图1所示：

a)采用玻璃衬底层（1）。

b）上面覆盖有280 nm的Mo/Al/Mo底栅极（2）。

c）使用匀胶机在Mo/Al/Mo底栅极（2）上制备PVA/PS绝缘层。先采用间歇旋涂方式旋涂一层PVA层：先设置前转200 rpm，旋涂时间3 s；后停止1 min；再设置前转300rpm，旋涂时间6s；后停止2min；最后设置后转2000 rpm，旋涂时间30 s。再采用连续旋涂方式旋涂一层PS转速300rpm，旋涂时间6s。

采用真空连续蒸镀的成核生长方式，先蒸镀1 nm，停2 min成核生长，再蒸镀2 nm，停2 min，再继续生长达到6 nm厚度的p-6P诱导层（4），再间歇诱导生长20 nm厚度的 VOPc气体敏感层（5），在180 ℃下，先以每分钟2 nm的速度快速蒸镀6 nm，停5 min，再以每分钟0.5 nm的速度慢速生长5 nm，最后以每分钟3nm的速度快速生长9 nm，实现孔状气敏层。

d）再使用掩膜板遮挡蒸镀金材料作为底接触的叉指电极（6），蒸镀真空为6.0×10^-4 。

Claims

1.一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法包括：玻璃衬底层（1），Mo/Al/Mo底栅极（2），聚乙烯醇（PVA）和聚苯乙烯（PS）复合绝缘层（3），p-六联苯（p-6P）诱导层（4），酞菁氧钒（VOPc）气体敏感层（5），金叉指电极（6）。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，其特征在于，底栅极（2）采用溅射法在衬底层（1）覆盖厚度不小于200 nm ，不大于 300 nm的Mo/Al/Mo层。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，其特征在于，PVA/PS复合绝缘层（3）的PVA溶液浓度和PS溶液浓度不小于10 mg/ml，不大于20 mg/ml，先采用间歇旋涂方式旋涂一层PVA层：设置前转200 rpm，旋涂时间3 s；后停止1 min；再设置前转300 rpm，旋涂时间6 s；后停止2 min；最后设置后转2000 rpm，旋涂时间30 s，再采用连续旋涂方式旋涂一层PS转速300 rpm，旋涂时间6 s。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，其特征在于，p-6P诱导层（4），采用真空连续蒸镀的成核生长方式，先蒸镀1 nm，停2 min成核生长，再蒸镀2 nm，停2 min，再继续生长达到6 nm。

5.根据权利要求1所述的一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法，其特征在于，VOPc气体敏感层（5），在180 ℃下，先以每分钟2 nm的速度快速蒸镀6 nm，停5 min，再以每分钟0.5 nm的速度慢速生长5 nm，最后以每分钟3nm的速度快速生长9 nm，实现孔状气敏层。