CN110514652A - 一种ph传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测设备技术领域，公开了一种PH传感器及其制备方法，该PH传感器包括：衬底基板，依次形成于衬底基板一侧的有机磷光材料层、遮光金属层、缓冲层、薄膜晶体管器件层、钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层，其中，与有机磷光材料层相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，衬底基板与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道；衬底基板背离有机磷光材料层的一侧设置有用于激发有机磷光材料层的光源。该PH传感器实现了对环境空气的PH值的可视化检测，且该PH传感器检测方便，操作简单。

Description

一种PH传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种PH传感器及其制备方法。

背景技术

目前在显示行业，高世代生产线越来越多，随之产线设备也越来越大，典型的为占地面积大的湿刻设备，湿刻设备中的酸碱刻蚀液含有酸碱成分，酸碱刻蚀液挥发后会污染生产线内的空气，且设备体积越大，酸碱刻蚀液越容易挥发，挥发后在空气中后会对相关工作人员的身体健康造成损害，生产线内空气长时间的酸碱超标容易造成生产线内设备的腐蚀，降低设备的使用寿命，且生产线内空气酸碱超标容易造成产线显示设备中膜层的污染，同时容易造成静电，目前检测PH的主要有PH试纸、PH检测仪等，现有的检测手段存在操作复杂、检测受限、同步性差等缺点，无法满足生产线PH实时监控的需求。

发明内容

本发明提供了一种PH传感器及其制备方法，上述PH传感器实现了对环境空气的PH值的可视化检测，且该PH传感器检测方便，操作简单。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种PH传感器，包括：

衬底基板；

形成于所述衬底基板一侧的有机磷光材料层和遮光金属层；

形成于所述遮光金属层和所述有机磷光材料层背离所述衬底基板一侧的缓冲层；

形成于所述缓冲层背离所述衬底基板一侧的薄膜晶体管器件层，其中，与所述有机磷光材料层相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，所述衬底基板与所述光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道；

依次形成于所述薄膜晶体管器件层背离衬底基板一侧的钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层；

设置于所述衬底基板背离所述有机磷光材料层和遮光金属层一侧、用于激发所述有机磷光材料层的光源。

上述PH传感器中包括：衬底基板、依次形成于衬底基板一侧的有机磷光材料层、遮光金属层、缓冲层、薄膜晶体管器件层、钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层，其中，衬底基板与有机磷光材料层相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，衬底基板与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道；衬底基板背离有机磷光材料层和遮光金属层的一侧设置有用于激发有机磷光材料层的光源，在本发明中利用有机磷光材料层具有吸附H+或者OH-的特点，并在有机磷光材料层吸附H+或者OH-后用光源照射该有机磷光材料层以激发有机磷光材料层，使有机磷光材料层的发射光谱发生一定规律的变化，并通过光敏薄膜晶体管和发光层进行实现对当前环境空气PH值的可视化检测。在PH传感器的工作过程中，空气通过气体进入通道进入PH传感器并与有机磷光材料层相接触，有机磷光材料层吸附环境空气中的H+或者OH-，通过光源照射有机磷光材料层以激发有机磷光材料层，使得有机磷光材料层发射光谱的改变，从而导致光敏薄膜晶体管的半导体材料的载流子发生变化，当有机磷光材料层发射光谱的波长较短时，光敏薄膜晶体管在短波长的光刺激下，载流子增加，工作电压不变的情况下工作电流增大，从而PH传感器的显示更亮；当有机磷光材料层发射光谱的波长较长时，光敏薄膜晶体管在长波长的光刺激下，载流子减少，工作电压不变的情况下工作电流减小，从而PH传感器的显示更暗；从而可以通过观察PH传感器发出的光的强度实现对当前环境空气PH值的可视化检测。本发明提供的PH传感器实现了对环境空气的PH值的可视化检测，且该PH传感器检测方便，操作简单。

优选地，所述有机磷光材料层包括有机高分子聚合物、有机金属聚合物、有机小分子大共轭体系分子或有机自由基分子。

优选地，所述有机磷光材料层的厚度为900-1100埃。

优选地，所述薄膜晶体管器件层包括：

形成于所述缓冲层背离所述衬底基板一侧的有源层，所述有源层包括与所述遮光金属层相对的氧化物半导体层和与所述有机磷光材料层相对的光敏材料层；

形成于所述有源层背离所述衬底基板一侧的栅绝缘层；

形成于所述栅绝缘层背离所述衬底基板一侧的栅极；

形成于所述栅极背离所述衬底基板一侧的层间介质层；

形成于所述有源层背离所述衬底基板一侧的源极和漏极。

优选地，所述光源为发射紫外光的紫外光源。

优选地，每个所述衬底基板与所述光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个贯穿所述衬底基板厚度方向的过孔以形成多个气体进入通道。

优选地，所述过孔的横截面为圆形，且横截面的直径为100-1000埃。

优选地，所述衬底基板为透明的衬底基板。

优选地，还包括设置于所述衬底基板与所述光源之间的光罩，所述光源发出的光经所述光罩照射到所述有机磷光材料层，所述光罩的侧面设有多个用于空气进入的开孔且所述光罩与所述衬底基板的气体进入通道相对区域避开所述气体进入通道。

本发明还提供一种PH传感器的制备方法，包括：

在衬底基板上形成多个贯穿所述衬底基板的厚度方向的气体进入通道；

在衬底基板一侧形成有机磷光材料层和遮光金属层；

在所述有机磷光材料层和遮光金属层背离所述衬底基板的一侧形成缓冲层；

在所述缓冲层背离所述衬底基板一侧形成薄膜晶体管器件层，其中，在与所述有机磷光材料层相对的部位形成光敏薄膜晶体管器件层；

在所述薄膜晶体管器件层背离衬底基板的一侧依次形成钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层。

附图说明

图1a至图1k为本发明提供的一种PH传感器的制备流程图；

图2为本发明提供的一种PH传感器中的一种有机磷光材料的化学反应示意图；

图3a为本发明提供的一种PH传感器中的一种有机磷光材料的脱质子发射光谱；

图3b为本发明提供的一种PH传感器中的一种有机磷光材料的质子化发射光谱。

图标：

1-衬底基板；2-有机磷光材料层；3-遮光金属层；4-缓冲层；5-气体进入通道；6-钝化层；7-平坦层；8-阳极；9-发光层；10-阴极；11-封装层；12-光源；13-光罩；14-氧化物半导体层；15-光敏材料层；16-栅绝缘层；17-栅极；18-层间介质层；19-源极和漏极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1k，本发明提供一种PH传感器，包括：

衬底基板1；

形成于衬底基板1一侧的有机磷光材料层2和遮光金属层3；

形成于遮光金属层3和有机磷光材料层2背离衬底基板1一侧的缓冲层4；

形成于缓冲层4背离衬底基板1一侧的薄膜晶体管器件层，其中，与有机磷光材料层2相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，衬底基板1与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道5；

依次形成于薄膜晶体管器件层背离衬底基板1一侧的钝化层6、平坦层7、阳极8、发光层9、阴极10和封装层11；

设置于衬底基板1背离有机磷光材料层2和遮光金属层3一侧、用于激发有机磷光材料层2的光源12。

上述PH传感器中包括：衬底基板1、依次形成于衬底基板1一侧的有机磷光材料层2、遮光金属层3、缓冲层4、薄膜晶体管器件层、钝化层6、平坦层7、阳极8、发光层9、阴极10和封装层11，其中，衬底基板1与有机磷光材料层2相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，衬底基板1与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道5；衬底基板1背离有机磷光材料层2和遮光金属层3的一侧设置有用于激发有机磷光材料层2的光源12，如图2、图3a和图3b所示，在本发明中利用有机磷光材料层2具有吸附H+或者OH-的特点，并在有机磷光材料层2吸附H+或者OH-后用光源12照射该有机磷光材料层2以激发有机磷光材料层2，使有机磷光材料层2的发射光谱发生一定规律的变化，并通过光敏薄膜晶体管和发光层9进行实现对当前环境空气PH值的可视化检测。在PH传感器的工作过程中，空气通过气体进入通道5进入PH传感器并与有机磷光材料层2相接触，有机磷光材料层2吸附环境空气中的H+或者OH-，通过光源12照射有机磷光材料层2以激发有机磷光材料层2，使得有机磷光材料层2发射光谱的改变，从而导致光敏薄膜晶体管的半导体材料的载流子发生变化，当有机磷光材料层2发射光谱的波长较短时，光敏薄膜晶体管在短波长的光刺激下，载流子增加，工作电压不变的情况下工作电流增大，从而PH传感器的显示更亮；当有机磷光材料层2发射光谱的波长较长时，光敏薄膜晶体管在长波长的光刺激下，载流子减少，工作电压不变的情况下工作电流减小，从而PH传感器的显示更暗；从而可以通过观察PH传感器发出的光的强度实现对当前环境空气PH值的可视化检测。本发明提供的PH传感器实现了对环境空气的PH值的可视化检测，且该PH传感器检测方便，操作简单。

上述PH传感器可应用于需要检测空气PH值的场合，具体可以为生产车间等，在湿刻设备所在空间，通过上述PH传感器可以及时检测出由于刻蚀药液挥发造成的污染，并及时进行管控，以防危害产线人员的身体健康或腐蚀生产线内的设备。

具体地，有机磷光材料层2包括有机高分子聚合物、有机金属聚合物、有机小分子大共轭体系分子或有机自由基分子。

有机磷光材料层2具有吸附H+或者OH-的特点，且在有机磷光材料层2吸附H+或者OH-后用光源12照射该有机磷光材料层2可激发有机磷光材料层2，使有机磷光材料层2的发射光谱发生一定规律的变化，通过检测磷光发射光谱的最大发射峰所在的波长可以实时监控PH，当有机磷光材料层2处于脱质子状态时，该有机磷光材料发射的光为黄绿光；当有机磷光材料层2处于质子化状态时，发射的是蓝光。有机磷光材料层2可以采用有机高分子聚合物、有机金属聚合物、有机小分子大共轭体系分子和有机自由基分子等，本发明不做限定。

具体地，有机磷光材料层2的厚度为900-1100埃。

有机磷光材料层2的厚度可以为900埃、950埃、1000埃、1050埃或1100埃等，在一种优选的实施方式中，有机磷光材料层2与遮光金属层3同层设置且厚度相同。

具体地，薄膜晶体管器件层包括：

形成于缓冲层4背离衬底基板1一侧的有源层，有源层包括与遮光金属层3相对的氧化物半导体层14和与有机磷光材料层2相对的光敏材料层15；

形成于有源层背离衬底基板1一侧的栅绝缘层16；

形成于栅绝缘层16背离衬底基板1一侧的栅极17；

形成于栅极17背离衬底基板1一侧的层间介质层18；

形成于有源层背离衬底基板1一侧的源极和漏极19。

具体地，光源12为发射紫外光的紫外光源12，采用紫外光源12激发有机磷光材料以使其发射光谱发生变化，从而针对环境空气不同的PH值，显示出不同的颜色，从而实现对环境空气PH值的实时监测。

具体地，每个衬底基板1与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个贯穿衬底基板1厚度方向的过孔以形成多个气体进入通道5。

在衬底基板1与光敏薄膜晶体管器件层相对的部位，即衬底基板1与有机磷光材料层2相对的部位形成有多个气体进入通道5以使空气进入并与有机磷光材料层2相接触，使得有机磷光材料层2吸附环境空气中的H+或者OH-，从而对环境空气的PH值进行检测。气体进入通道5为设置于贯穿衬底基板1的厚度方向的过孔，过孔的形状可以为方形、圆形或其他任意形状，在此不做限定。

一种实施方式中，过孔的横截面为圆形时，横截面的直径为100-1000埃。

当衬底基板1中过孔的横截面为圆形时，过孔的直径可以为100埃、200埃、300埃、350埃、400埃、600埃或1000埃等。

具体地，衬底基板1为透明的衬底基板1。

衬底基板1为透明的衬底基板1，方便光源12对有机磷光材料层2的照射，以激发有机磷光材料层2。

具体地，如图1k所示，还包括设置于衬底基板1与光源12之间的光罩13，光源12发出的光经光罩13照射到有机磷光材料层2，光罩13的侧面设有多个用于空气进入的开孔且光罩13与衬底基板1的气体进入通道5相对区域避开气体进入通道5。

在衬底基板1与光源12之间还设置有透明光罩13，光源12发出的光经光罩13照射到有机磷光材料层2；或衬底基板1与光源12之间还设置有不透明光罩13，光源12设置于光罩13内，以对有机磷光材料层2进行照射；光罩13的侧面设有多个用于空气进入的开孔，空气通过开孔进入到光罩13内部，光罩13与衬底基板1的气体进入通道5相对区域避开气体进入通道5，以使空气通过气体进入通道5进入有机磷光材料层2。

本发明还提供了一种PH传感器的制备方法，如图1a至图1k所示，包括：

在衬底基板1上形成多个贯穿衬底基板1的厚度方向的气体进入通道5；

在衬底基板1一侧形成有机磷光材料层2和遮光金属层3；

在有机磷光材料层2和遮光金属层3背离衬底基板1的一侧形成缓冲层4；

在缓冲层4背离衬底基板1一侧形成薄膜晶体管器件层，其中，在与有机磷光材料层2相对的部位形成光敏薄膜晶体管器件层；

在薄膜晶体管器件层背离衬底基板1的一侧依次形成钝化层6、平坦层7、阳极8、发光层9、阴极10和封装层11。

一种实施方式中，PH传感器的制备方法包括：

首先，如图1a所示，通过掩膜工艺和干刻技术在衬底基板1上形成多个贯穿衬底基板1厚度方向的过孔；然后，如图1b所示，通过磁控溅射设备在衬底基板1一侧沉积一层金属薄膜，并且采用掩膜工艺，将沉积的金属薄膜图形化作为遮光金属层3，其中，遮光金属层3的材料为Mo、Al等，并通过涂层工艺在衬底基板1中与过孔相对的部位涂覆一层与遮光金属层3同层的有机磷光材料层2，并采用掩膜工艺将有机磷光材料层2进行图案化，其中，有机磷光材料层2的材质为有机高分子聚合物、有机金属聚合物、有机小分子大共轭体系分子和有机自由基分子等；

然后，如图1c所示，采用气相沉积法在有机磷光材料层2和遮光金属层3背离衬底基板1的一侧沉积一层绝缘薄膜以形成缓冲层4，其中，绝缘薄膜的材料为氧化硅、氮化硅等；

然后，如图1d至图1g所示，在缓冲层4背离衬底基板1一侧形成薄膜晶体管器件层，具体包括，如图1d所示，在缓冲层4背离衬底基板1一侧沉积一层氧化物半导体薄膜，并图案化以形成氧化物半导体层14，氧化物半导体层14的材料为IGZO、ITZO等；如图1d所示，在缓冲层4背离衬底基板1一侧且与有机磷光材料层2相对的部位沉积光敏材料，并进行图案化以形成光敏材料层15，光敏材料可以采用聚噻吩；如图1e所示，在氧化物半导体层14和光敏材料层15背离衬底基板1一侧采用气相沉积法沉积一层绝缘薄膜作为栅绝缘层16，栅绝缘层16的材料可以为氧化硅、氮化硅等；如图1e所示，采用磁控溅射设备在栅绝缘层16背离衬底基板1的一侧沉积一层金属薄膜，并采用干刻工艺对金属薄膜图形化形成栅极17，栅极17的材料可以为Cu、Al等；对氧化物半导体层14和光敏材料层15进行导体化；如图1f所示，采用气相沉积法沉积一层绝缘薄膜作为层间介质层18，层间介质层18的材料可以为氧化硅、氮化硅等；如图1g所示，通过磁控溅射设备沉积一层金属薄膜并图案化形成源极和漏极19，金属薄膜的材料为Cu、Al等；

然后，如图1h所示，在薄膜晶体管器件层背离衬底基板1的一侧采用气相沉积法沉积一层绝缘薄膜并图案化形成钝化层6，钝化层6的材料可以为氧化硅、氮化硅等；

然后，如图1i所示，在钝化层6背离衬底基板1的一侧沉积一层平坦层7，平坦层7的材料可以为SOG等；

然后，如图1j所示，在平坦层7背离衬底基板1的一侧采用磁控溅射设备沉积一层金属薄膜形成阳极8，金属薄膜的材料可以为Mo、Al、ITO等；

然后，如图1j所示，在阳极8背离衬底基板1的一侧采用蒸镀工艺蒸镀发光层9；

然后，如图1j所示，在发光层9背离衬底基板1的一侧采用磁控溅射设备沉积一层金属薄膜形成阴极10，阴极10的材料可以为ITO；

最后，如图1j所示，采用封装工艺制作封装层11进行封装。

在使用过程中需通过紫外光源12照射有机磷光材料层2，也可以将光源12集成于PH传感器，具体可以在衬底基板1的背离有机磷光材料层2和遮光金属层3一侧设置光源12，也可以在衬底基板1的背离有机磷光材料层2和遮光金属层3一侧设置光罩13并将光源12设置于光罩13中与有机磷光材料层2相对的位置上,如图1k所示。

在一种实施方式中，在衬底基板1上形成多个贯穿衬底基板1厚度方向的过孔后直接在衬底基板与过孔相对的部位形成有机磷光材料层，由于气体分子可以在有机磷光材料层中自由扩散，因此即使有机磷光材料层沉入过孔也不会影响该PH传感器的功能；在另一种实施方式中，可以在形成过孔后在过孔内沉入有机胶以将过孔堵住，并在后续膜层制备完成后用化学药液将过孔内的有机胶剥离，从而可以保证过孔为通透状态以更好的使空气进入有机磷光材料层。

采用上述PH传感器制备方法制备的PH传感器，可以实现对环境空气的PH值的实时且可视化的检测，检测效果好，操作简单、检测方便，且可以通过将上述PH传感器连接数据化监控设备，通过将PH传感器的发光强度数据实时输入数据化监控设备中，通过编程算法反推出每个设定时刻即监控的时间点的有机磷光材料层2的发射光谱，再通过编程算法反推出该发射光谱对应的PH值以获取当前检测到的PH值，采用上述方式不仅可以实时且准确的获取当前环境空气的PH值数据，且可以将数据进行存储形成一个数据库，实现数据化持续监控，并方便后续对这些PH值数据的调取和分析。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种PH传感器，其特征在于，包括：

衬底基板；

形成于所述衬底基板一侧的有机磷光材料层和遮光金属层；

形成于所述遮光金属层和所述有机磷光材料层背离所述衬底基板一侧的缓冲层；

形成于所述缓冲层背离所述衬底基板一侧的薄膜晶体管器件层，其中，与所述有机磷光材料层相对的部位的薄膜晶体管器件层为光敏薄膜晶体管器件层，所述衬底基板与所述光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个气体进入通道；

依次形成于所述薄膜晶体管器件层背离衬底基板一侧的钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层；

设置于所述衬底基板背离所述有机磷光材料层和遮光金属层一侧、用于激发所述有机磷光材料层的光源。

2.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，所述有机磷光材料层包括有机高分子聚合物、有机金属聚合物、有机小分子大共轭体系分子或有机自由基分子。

3.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，所述有机磷光材料层的厚度为900-1100埃。

4.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管器件层包括：

形成于所述缓冲层背离所述衬底基板一侧的有源层，所述有源层包括与所述遮光金属层相对的氧化物半导体层和与所述有机磷光材料层相对的光敏材料层；

形成于所述有源层背离所述衬底基板一侧的栅绝缘层；

形成于所述栅绝缘层背离所述衬底基板一侧的栅极；

形成于所述栅极背离所述衬底基板一侧的层间介质层；

形成于所述有源层背离所述衬底基板一侧的源极和漏极。

5.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，所述光源为发射紫外光的紫外光源。

6.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，每个所述衬底基板与所述光敏薄膜晶体管器件层相对的部位形成有多个贯穿所述衬底基板厚度方向的过孔以形成多个气体进入通道。

7.根据权利要求6所述的PH传感器，其特征在于，所述过孔的横截面为圆形，且横截面的直径为100-1000埃。

8.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，所述衬底基板为透明的衬底基板。

9.根据权利要求1所述的PH传感器，其特征在于，还包括设置于所述衬底基板与所述光源之间的光罩，所述光源发出的光经所述光罩照射到所述有机磷光材料层，所述光罩的侧面设有多个用于空气进入的开孔且所述光罩与所述衬底基板的气体进入通道相对的区域避开所述气体进入通道。

10.一种PH传感器的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底基板上形成多个贯穿所述衬底基板的厚度方向的气体进入通道；

在衬底基板一侧形成有机磷光材料层和遮光金属层；

在所述有机磷光材料层和遮光金属层背离所述衬底基板的一侧形成缓冲层；

在所述缓冲层背离所述衬底基板一侧形成薄膜晶体管器件层，其中，在与所述有机磷光材料层相对的部位形成光敏薄膜晶体管器件层；

在所述薄膜晶体管器件层背离衬底基板的一侧依次形成钝化层、平坦层、阳极、发光层、阴极和封装层。