CN110261461A - 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法 - Google Patents

一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110261461A
CN110261461A CN201910608883.7A CN201910608883A CN110261461A CN 110261461 A CN110261461 A CN 110261461A CN 201910608883 A CN201910608883 A CN 201910608883A CN 110261461 A CN110261461 A CN 110261461A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas sensor
ultra
laminated film
hetero
junctions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910608883.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110261461B (zh
Inventor
王丽娟
朱阳阳
孙强
王璐
苏鑫
董金鹏
张博
谢强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Technology
Original Assignee
Changchun University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Technology filed Critical Changchun University of Technology
Priority to CN201910608883.7A priority Critical patent/CN110261461B/zh
Publication of CN110261461A publication Critical patent/CN110261461A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110261461B publication Critical patent/CN110261461B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

本发明是一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，在覆盖有二氧化硅（SiO2）绝缘层的Si衬底上真空蒸镀C60和VOPc超薄薄膜形成异质结，然后真空蒸镀铝叉指电极构成超薄异质结复合薄膜气体传感器。一方面，由于异质结效应，在两种材料的界面处形成了空间电荷区，有利于载流子的输运，提升了器件对NO2气体的灵敏度；另一方面，高度结晶的C60薄膜和高度有序的VOPc薄膜有利于NO2气体的吸附与解吸附，得到了快速响应/回复的气体传感器。

Description

一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，属于有机气体传感器领域。
背景技术
有机场效应晶体管（OFETs）是一种低功耗、高灵活性、可用于大规模生产的有机电子器件，可广泛应用于电子纸、柔性屏、大规模集成电路、有机激光器、存储器、传感器等领域。在制备OFETs的过程中，半导体层的形貌、厚度、结构对器件的性能有着至关重要的影响。高度有序、结晶性好、连续性高的有机半导体薄膜有利于载流子的传输，能够提高器件的性能，从而获得具有高灵敏度、快速响应/回复的有机气体传感器。
目前，OFETs中常用的有机半导体材料主要分为P型和N型，VOPc作为金属酞菁类材料中的一种，具有优良的稳定性，基于VOPc的OFETs在常温下对NO2气体表现出良好的敏感性；C60作为一种典型的高迁移率N型有机半导体材料，具有大的共轭π键结构，并且其分子具有高度的对称性。相比只用VOPc或C60作为活性层的OFETs器件，具有异质结结构的OFETs器件在实现对NO2气体的检测时，性能得到了进一步改善。
因此本发明使用C60和VOPc作为OFETs中的活性层，将其制备成异质结，其中VOPc作为对NO2响应的主体材料。制备的超薄异质结复合薄膜气体传感器既表现出了空穴传输特性，又表现出电子传输特性，器件能够在双极模式下工作，异质结结构使得器件对NO2气体的敏感性得到了大幅提高，高度结晶的C60薄膜与高度有序的VOPc薄膜有利于传感器的快速响应与回复。
发明内容
本发明是一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，能够提升器件对NO2的响应能力，获得快速响应/回复的器件。
超薄异质结复合薄膜气体传感器结构如图一，首先在覆盖有SiO2（2）的硅衬底（1）上匀速真空蒸镀一层C60薄膜（3），SiO2的厚度为300 nm，C60薄膜的厚度为20 nm，衬底温度为100℃，蒸镀速度为0.2 nm/min。然后在C60薄膜上匀速蒸镀一层VOPc薄膜（4），其厚度为30nm，衬底温度为180℃，蒸镀速度为0.3 nm/min，最后用掩膜版蒸镀铝叉指电极（5），其宽度W为100 mm，长度L为0.16 mm，构成超薄异质结复合薄膜气体传感器。
附图说明
图1：超薄异质结复合薄膜气体传感器结构示意图；
图2：NO2气体传感器机理示意图。
具体实施方式
本发明是一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，具体实现过程如图2所示。
1.在6.0×10-4 Pa的真空度下在覆盖有300 nm SiO2（2）的Si衬底（1）上蒸镀20 nm厚的C60薄膜（3），衬底温度为100℃, 蒸镀速度为0.2 nm/min。
2.在6.0×10-4 Pa的真空度下在C60薄膜（3）上继续蒸镀30 nm厚的VOPc薄膜（4），衬底温度为180℃, 蒸镀速度为0.3 nm/min。
3.最后在8×10-4 Pa的真空度下用掩膜版蒸镀铝叉指电极（5），其宽度W为100 mm，长度L为0.16 mm，厚度在100~150 nm之间。
4.在配气系统中进行测试，通入NO2气体（7），超薄异质结复合薄膜气体传感器不仅表现出空穴传输的性质，而且具有电子传输的性质。在C60和VOPc的交界处形成了异质结（6），由于异质结效应而累积了空穴和电子，其中上侧是空穴聚集区（8），下侧是电子聚集区（9）,由于电荷传输能力的增加，传感器对NO2的响应度提高，并且响应/回复时间也大大降低。

Claims (5)

1.一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法包括：硅衬底（1），SiO2绝缘层（2），C60半导体层（3），VOPc半导体层（4），铝叉指电极（5），C60半导体层（3）和VOPc半导体层（4）构成异质结（6），在对NO2气体（7）进行检测时，形成空间电荷区，上侧形成空穴聚集区（8），下侧形成电子聚集区（9）。
2.根据权利要求1所述的一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于，绝缘层（2）采用二氧化硅（SiO2），厚度为300 nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于，C60半导体层（3）匀速蒸镀，蒸速为0.2 nm/min，衬底温度为100℃，厚度为20nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于，采用连续蒸镀法蒸镀VOPc半导体层（4），厚度为30 nm，蒸速为0.3 nm/min，衬底温度为180℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于，铝叉指电极（5）宽度W为100 mm，长度L为0.16 mm，厚度在100~150 nm之间。
CN201910608883.7A 2019-07-08 2019-07-08 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法 Active CN110261461B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910608883.7A CN110261461B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910608883.7A CN110261461B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110261461A true CN110261461A (zh) 2019-09-20
CN110261461B CN110261461B (zh) 2021-06-01

Family

ID=67924891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910608883.7A Active CN110261461B (zh) 2019-07-08 2019-07-08 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110261461B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110646473A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 长春工业大学 一种无机纳米粒子修饰pvp绝缘层气体传感器制备方法
CN110864828A (zh) * 2019-11-08 2020-03-06 五邑大学 一种银纳米线/MXene柔性应力传感器的制备方法
CN111020493A (zh) * 2020-01-07 2020-04-17 长春工业大学 一种基于C60/CuPc异质结的NO2气体传感器制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101454659A (zh) * 2006-05-29 2009-06-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于感测应用的有机场效应晶体管
CN103630576A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 电子科技大学 一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法
CN104316571A (zh) * 2014-11-10 2015-01-28 长春工业大学 一种碳纳米管异质结有机气体传感器的制备方法
CN105301055A (zh) * 2015-11-25 2016-02-03 电子科技大学 一种有机场效应管二氧化氮传感器
CN105861294A (zh) * 2016-04-07 2016-08-17 上海工程技术大学 一种半导体异质结dna生物传感器及其制备与应用
CN109142446A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 长春工业大学 一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法
CN109270131A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 电子科技大学 一种嵌有小分子添加剂的otft氨气传感器及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101454659A (zh) * 2006-05-29 2009-06-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于感测应用的有机场效应晶体管
CN103630576A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 电子科技大学 一种基于有机薄膜晶体管二氧化氮气体传感器的制备方法
CN104316571A (zh) * 2014-11-10 2015-01-28 长春工业大学 一种碳纳米管异质结有机气体传感器的制备方法
CN105301055A (zh) * 2015-11-25 2016-02-03 电子科技大学 一种有机场效应管二氧化氮传感器
CN105861294A (zh) * 2016-04-07 2016-08-17 上海工程技术大学 一种半导体异质结dna生物传感器及其制备与应用
CN109142446A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 长春工业大学 一种聚合物薄膜孔状立体有机气体传感器制备方法
CN109270131A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 电子科技大学 一种嵌有小分子添加剂的otft氨气传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONG, HUANLI ET AL.: "25th Anniversary Article: Key Points for High-Mobility Organic Field-Effect Transistors", 《ADVANCED MATERIALS》 *
FAN, HUIDONG ET AL.: "High performance nitrogen dioxide sensor based on organic field-effect transistor utilizing ultrathin CuPc/PTCDI-C8 heterojunction", 《SYNTHETIC METALS》 *
HAN, SHIJIAO ET AL.: "Achievement of High-Response Organic Field-Effect Transistor NO2 Sensor by Using the Synergistic Effect of ZnO/PMMA Hybrid Dielectric and CuPc/Pentacene Heterojunction", 《SENSORS》 *
LI, HUI ET AL.: "Chemical and Biomolecule Sensing with Organic Field-Effect Transistors", 《CHEMICAL REVIEWS》 *
XIE, QIANG ET AL.: "Highly sensitive NO2 sensors based on organic field effect transistors with Al2O3/PMMA bilayer dielectrics by sol-spin coating", 《ORGANIC ELECTRONICS》 *
ZHANG, BO ET AL.: "The Investigation of a New NO2 OTFT Sensor Based on Heterojunction F16CuPc/CuPc Thin Films", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110646473A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 长春工业大学 一种无机纳米粒子修饰pvp绝缘层气体传感器制备方法
CN110864828A (zh) * 2019-11-08 2020-03-06 五邑大学 一种银纳米线/MXene柔性应力传感器的制备方法
CN110864828B (zh) * 2019-11-08 2021-05-28 五邑大学 一种银纳米线/MXene柔性应力传感器的制备方法
CN111020493A (zh) * 2020-01-07 2020-04-17 长春工业大学 一种基于C60/CuPc异质结的NO2气体传感器制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110261461B (zh) 2021-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110261461A (zh) 一种基于OFETs的超薄异质结复合薄膜气体传感器的制备方法
Peng et al. Gas sensing properties of single crystalline porous silicon nanowires
CN104297320B (zh) 一种有机单分子层薄膜场效应气体传感器及制备方法
Sakamoto et al. Anisotropic charge transport and contact resistance of 6, 13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene field-effect transistors fabricated by a modified flow-coating method
CN104062045B (zh) 一种压阻式压力传感器及其制造方法
CN109900750A (zh) 一种提高基于MoS2薄膜场效应晶体管式气体传感器灵敏度的结构设计
CN102778479A (zh) 可集成的非晶态金属氧化物半导体气体传感器
CN109580725A (zh) 基于天线结构的二维过渡金属硫化物气体传感器及制备
CN110579526A (zh) 一种场效应晶体管气体传感器及其阵列制备方法
TW201821352A (zh) 一種薄膜電晶體及其製備方法
CN105866215A (zh) 一种有机薄膜晶体管气体传感器及其制备方法
CN103500798B (zh) 基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法
CN107256899A (zh) 基于石墨烯‑硅异质结的无源位置灵敏探测器
WO2018045514A1 (zh) 生物传感器及其制作方法
CN102692432A (zh) 集成式湿度传感器及制造方法
Soylu et al. Modification of electrical properties of Al/p-Si Schottky barrier device based on 2′-7′-dichlorofluorescein
CN108195492A (zh) 利用二维相变材料制备的超灵敏应力传感器
CN105449098A (zh) 高信噪比霍尔传感器及其制备方法
CN107430086A (zh) 气体传感器以及传感器装置
TW201822358A (zh) 一種薄膜電晶體及其製備方法
CN102891251A (zh) 一种石墨烯霍尔元件的封装结构及封装方法
CN108172626B (zh) 一种薄膜晶体管及其制备方法
CN105895704B (zh) 一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法
CN108287189A (zh) 一种基于协同效应的有机场效应管湿度传感器及其制备方法
Shi et al. High-performance a-ITZO TFTs with high bias stability enabled by self-aligned passivation using a-GaOx

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant