CN111211222A - 一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 - Google Patents
一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111211222A CN111211222A CN202010101359.3A CN202010101359A CN111211222A CN 111211222 A CN111211222 A CN 111211222A CN 202010101359 A CN202010101359 A CN 202010101359A CN 111211222 A CN111211222 A CN 111211222A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- organic thin
- film transistor
- layer
- air pressure
- 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.)
- Pending
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 19
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 8
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000005428 wave function Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明涉及一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器件，相较于传统的气压传感器件，其具有制备工艺简单、尺寸小，且对气体种类无选择响应的特点，从而具有更宽的应用范围；同时本发明中基于将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，并作为气压传感器件，测试其输出电流与气压的对应关系，进而通过理论分析半定量估算得出有机薄膜的杨氏模量，避免了通过探针技术实验表征的各种困难，具有很大的实际应用前景。
Description
技术领域
本发明属于传感器件领域，涉及一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法。
背景技术
随着电子信息技术快速发展，种类多样的传感器作为信息高效采集手段，在人类生活中发挥着越来越重要的作用。在众多采集信息中，气体压强参数的获取需求十分重要。气压传感器是将被测的气压信号转换成可测信号从而实现气压测量的感应元件，是应用非常广泛的一种传感器。例如通过使用气压传感器实时监测航天器飞行高度，预测天气变化，计算海拔高度，预防工业环境低压等，同时还可应用在人工智能的电子皮肤中，精确感知外部气压变化。现有研究主要是基于无机半导体材料制备气压传感器，其中，基于硅的压阻式气压传感器研究最成熟，但工艺十分复杂。
传统的无机半导体材料功能单一，且难于降低尺寸满足当下小型化需求，限制了气压传感器在诸多领域的应用。因此开发和使用新型材料制备的气压传感器十分重要。现有技术中通过制备氧化锌纳米线薄膜气压传感器，提出了对气压敏感的一种新型材料(参见文献：A vacuum pressure sensor based on ZnO nanobelt film.Nanotechnology,Zheng,X.J.et al.22,43,5501,(2011))，此方案所得氧化锌气压传感器在惰性气氛下缺乏响应，只在含氧气氛中对压强变化有响应，这限制了此类传感器适用范围，很难满足实际应用中的需求。
杨氏模量是表征材料弹性形变难易程度的重要参数，对研究材料的力学特征有重要意义。准确测定软物质薄膜材料的杨氏模量目前还没有太好的方法，甚至连估算其数量级大小都不易做到。这主要是由于现有测量薄膜杨氏模量的方法主要基于探针技术，例如纳米压痕仪，原子力显微镜(AFM)等(参见文献：Langmuir，28卷，第46期，16060-16071页)，上述测试方法普遍对硬物质即高杨氏模量材料适用，而对低杨氏模量的软物质则由于其表面粘附力强，结构容易被测量探针损坏原因导致对其测量具有相当难度。共轭有机分子薄膜及聚合物导电薄膜因其在柔性可穿戴电子器件潜在的应用，因而获得此类材料力学特性指标如杨氏模量甚为关键。
目前的气体压强传感器普遍存在诸多弊端，如只对特定气氛气体响应、制备工艺复杂、材料种类单一，柔韧性及稳定性差等。同时，动态力学分析仪(DMA)无法原位测量生长在衬底上的薄膜的杨氏模量，金刚石压头的纳米压痕仪只能测量杨氏模量高于1GPa的薄膜，对低杨氏模量的软物质薄膜测量不适用。原子力显微镜(AFM)测量过程中对薄膜厚度，表面静电及测量探针的粗细等要求苛刻，使得对软物质有机薄膜杨氏模量的测量很难实施。
因此，开发一种制备工艺简单，尺寸小，且对气体种类无选择响应的气压传感器和一种评估方法简单有效的有机薄膜的杨氏模量值的评估方法仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器件，相较于传统的气压传感器件，其具有制备工艺简单、尺寸小，且对气体种类无选择响应的特点，从而具有更宽的应用范围；同时本发明中基于将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，并作为气压传感器件，测试其输出电流与气压的对应关系，进而通过理论分析半定量估算得出有机薄膜的杨氏模量，避免了通过探针技术实验表征的各种困难，具有很大的实际应用前景。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种有机薄膜晶体管的用途，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器。
本发明采用有机薄膜晶体管作为气压传感器件，其制备工艺简单，尺寸小，且气压响应范围宽，对气体种类无选择响应的特点，有利于柔性器件的制备。
优选地，所述有机薄膜晶体管的气压响应范围为70Pa-100KPa，例如100Pa、300Pa、500Pa、1KPa、5KPa、10KPa、20KPa、30KPa、40KPa、50KPa、60KPa、70KPa、80KPa或90KPa等。
其气压响应范围为真空到大气压，符合日常对气压监测的需求。
优选地，所述有机薄膜晶体管的尺寸为(0.5-2)cm×(0.5-2)cm，例如0.5cm×0.5cm、1cm×1cm或1.5cm×1.5cm等，优选为1cm×1cm。
本发明所述有机薄膜晶体管对气体压强的传感机制是有机小分子分子间距在气体压强的增大(减小)下缩短(增大)，从而导致电荷转移积分变化，直接影响源漏电流的变化，进而实现气压传感功能。
优选地，所述有机薄膜晶体管中包含衬底层，所述衬底层的表面依次覆盖有绝缘层、修饰层、有机薄膜层和金属电极阵列。
优选地，所述衬底层的材质为Si。
优选地，所述衬底层的厚度为400-600μm，例如，420μm、440μm、460μm、480μm、500μm、520μm、540μm、560μm或580μm等，优选为450-550μm。
优选地，所述绝缘层的材质为SiO2，厚度为100-300nm，例如120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm或280nm等，优选为150-250nm。
优选地，所述修饰层的材质为聚苯乙烯。
优选地，所述修饰层的厚度为1-3nm，例如1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、2nm、2.2nm、2.4nm、2.6nm或2.8nm等，优选为1.5-2.5nm。
优选地，所述有机薄膜层为有机半导体层。
优选地，所述有机薄膜层的材质包括PDI8-CN2和/或并五苯；优选为PDI8-CN2。
PDI8-CN2为共轭有机小分子，分子间力为很弱的范德瓦尔兹作用力，容易在外力的作用下分子排列产生变化。同时，PDI8-CN2有机薄膜晶体管迁移率低，属于hopping跃迁运输机制，符合本发明所述杨氏模量计算公式的要求。
优选地，所述有机薄膜层的厚度为20-40nm，例如22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、36nm或38nm等，优选为25-35nm。
优选地，所述金属电极阵列的材质包括Au。
优选地，所述金属电极阵列的厚度为40-60nm，例如，42nm、44nm、46nm、48nm、50nm、52nm、54nm、56nm或58nm等，优选为45-55nm。
优选地，所述金属电极阵列的沟道宽度为2900-3100μm，例如2910μm、2920μm、2930μm、2940μm、2950μm、2960μm、2970μm、2980μm、2990μm、3000μm、3010μm、3020μm、3030μm、3040μm、3050μm、3060μm、3070μm、3080μm或3090μm等，优选为2950-2980μm。
优选地，所述金属电极阵列的沟道长度为150-170μm，例如151μm、152μm、153μm、154μm、155μm、156μm、157μm、158μm、159μm、160μm、161μm、162μm、163μm、164μm、165μm、166μm、167μm、168或169等，优选为155-165μm。
优选地，所述有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底表面形成绝缘层，之后在绝缘层的表面涂覆修饰层；
(2)在步骤(1)中的修饰层的表面通过真空热蒸镀形成有机薄膜层；
(3)在有机薄膜层的表面通过真空热蒸镀形成金属电极阵列，得到所述有机薄膜晶体管。
优选地，步骤(1)所述涂覆修饰层的方法包括将聚苯乙烯溶液旋涂在绝缘层的表面，之后退火，得到所述修饰层。
优选地，所述聚苯乙烯溶液的浓度为0.3-1％，例如0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等。
优选地，所述聚苯乙烯溶液的溶剂为甲苯。
优选地，所述旋涂的转速为5000-7000rpm，例如5500rpm、6000rpm或6500rpm等。
优选地，所述旋涂的时间为0.5-2min，例如0.6min、0.8min、1min、1.2min、1.5min或1.8min等。
优选地，所述退火的温度为80-90℃，例如82℃、85℃或88℃等。
优选地，所述退火的时间为0.5-2h，例如0.8h、1h、1.2h或1.6h等。
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的蒸镀温度为220-260℃，例如225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃或255℃等。
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的过程中对衬底加热的温度为85-95℃，例如86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃或94℃等。
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的速率为0.8-1.2nm/min，例如0.9nm/min、1nm/min或1.1nm/min等。
优选地，步骤(3)中真空热蒸镀的过程中使用掩膜板蒸镀形成金属电极阵列。
第二方面，本发明提供了一种有机薄膜的杨氏模量值评估方法，所述方法包括将所述有机薄膜制成有机薄膜晶体管，将其用作气压传感器件，之后测试输出电流及对应的气压值，计算得到所述有机薄膜的杨氏模量值；
所述计算采用的公式为：
其中，E为有机薄膜的杨氏模量值，△P为气压变化量，△J/J0为输出电流变化率(ΔJ为输出电流的变化量，J0为输出电流的初始值)，α为波函数扩展长度倒数，R为有机薄膜分子的晶格常数。
此处J0为输出电流的初始值。
此处所述有机薄膜晶体管与第一方面所述的有机薄膜晶体管相同。
将所述有机薄膜制成有机薄膜晶体管的过程中，所述有机薄膜作为有机薄膜晶体管的有机薄膜层。
本发明所述有机薄膜的杨氏模量值评估方法采用将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，将其用作气压传感器件，之后测试电流输出值与气压的对应关系，之后结合理论分析代入上述公式估算出有机薄膜的杨氏模量；从而有效解决了传统软物质材料薄膜的杨氏模量难以通过探针技术实验进行表征的问题，因而具有很大的实际应用价值。
优选地，所述有机薄膜选自共轭有机小分子薄膜材料，优选为PDI8-CN2。
杨氏模量的估算方法仅适用于hopping运输机制的有机小分子薄膜材料。
优选地，所述α为1010。
本发明上述计算公式中的R值为晶格常数，通过XRD衍射得到。本发明实例中的R值从已发表的文献中得到。
优选地，所述测试输出电流及对应的气压值的测试气氛为惰性气氛和/或空气；所述惰性气氛包括氮气和/或氩气，优选为氮气。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将所述有机薄膜晶体管用作气压传感器，其制备工艺简单、尺寸小，且对气体种类无选择响应，从而有利于拓宽其应用范围；
(2)本发明中将有机薄膜制成有机薄膜晶体管，并将其用作气压传感器件，从而测试其输出电流和气压的对应关系，进而通过理论分析半定量估算出有机薄膜的杨氏模量，避免了通过探针技术实验表征的各种困难，具有很大的实际应用前景。
附图说明
图1是本发明所述有机薄膜晶体管的结构示意图；
图2是本发明实施例1中所得有机薄膜晶体管作为气压传感器件测试得到的气压可逆响应曲线；
图3是本发明实施例1所得有机薄膜晶体管作为气压传感器件在不同气压值下的输出曲线；
图4是本发明实施例2中所述有机薄膜晶体管作为气压传感器件测试得到的气压可逆响应曲线；
图5是本发明实施例2中所述有机薄膜晶体管作为气压传感器件在不同气压值下的输出电流曲线；
图6是本发明实施例1中所述有机薄膜晶体管作为气压传感器在不同惰性气氛下的气压可逆响应曲线；
图7是本发明实施例1中所述有机薄膜晶体管作为气压传感器在空气气氛下的气压可逆响应曲线；
1-衬底，2-绝缘层，3-修饰层，4-有机薄膜层，5-金属电极阵列。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明所述有机薄膜晶体管的结构示意图如图1所示，由图1可以看出，其包括衬底1，所述衬底表面依次覆盖有绝缘层2、修饰层3、有机薄膜层4和金属电极阵列5。
如图1所示的有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底表面形成绝缘层，之后在绝缘层的表面涂覆修饰层；
(2)在步骤(1)中的修饰层的表面通过真空热蒸镀形成有机薄膜层；
(3)在有机薄膜层的表面通过真空热蒸镀形成金属电极阵列，得到所述有机薄膜晶体管。
本发明具体实施方式部分采用的仪器及样品如下所示：
PDI8-CN2(ActivInk N1200此有机小分子代称)从Polyera商购获得；
真空蒸镀仪购于BOC Edwards公司，型号为Auto 306；
铜网掩膜版购于Gilder Grids公司；
真空探针台购于Lake Shore公司；
旋涂仪购于Laurell公司，型号为WS-400MZ-8NPP-LITE。
实施例1
本实施例中所述有机薄膜晶体管中衬底为Si，其厚度为500μm，绝缘层为SiO2，其厚度为200nm；修饰层为聚苯乙烯，有机薄膜层的材质为PDI8-CN2，其厚度为30nm，金属电极阵列的材质为Au，其厚度为50nm，阵列的沟道长度为160μm，宽度为2970μm；所述有机薄膜晶体管作为气压传感器件的大小为1cm×1cm；所述有机薄膜晶体管记为PDI8-CN2有机薄膜晶体管。
本实施例所述PDI8-CN2有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)以Si作为衬底，其表面覆盖SiO2，在SiO2表面旋涂质量百分比为0.5％的聚苯乙烯的甲苯溶液，旋涂的转速为6000rpm，旋涂时间为1min；之后在85℃的热台上退火1h；
(2)在步骤(1)得到的聚苯乙烯层的表面通过真空热蒸镀生长厚度为30nm PDI8-CN2有机薄膜，蒸镀的温度为240℃，蒸镀的速率为1nm/min；Si衬底的加热温度为90℃；
(3)利用铜网掩膜板在步骤(2)得到的PDI8-CN2有机薄膜的表面真空热蒸镀厚度为50nm的金电极阵列，得到所述PDI8-CN2有机薄膜晶体管，即为本实施例的气压传感器件。
实施例2
本实施例中所述有机薄膜晶体管中衬底为Si，其厚度为500μm，绝缘层为SiO2，其厚度为200nm；修饰层为聚苯乙烯，有机薄膜层的材质为并五苯，其厚度为50nm，金属电极阵列的材质为Au，其厚度为50nm，阵列的沟道长度为160μm，宽度为2970μm；所述有机薄膜晶体管作为气压传感器件的大小为1cm×1cm；所述有机薄膜晶体管记为并五苯有机薄膜晶体管。
本实施例所述并五苯有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)以Si作为衬底，其表面覆盖SiO2，在SiO2表面旋涂质量百分比为1％的聚苯乙烯的甲苯溶液，旋涂的转速为7000rpm，旋涂时间为0.5min；之后在90℃的热台上退火0.5h；
(2)在步骤(1)得到的聚苯乙烯层的表面通过真空热蒸镀生长厚度为50nm并五苯有机薄膜，蒸镀的温度为140℃，蒸镀的速率为1nm/min；
(3)利用铜网掩膜板在步骤(2)得到的并五苯有机薄膜的表面真空热蒸镀厚度为50nm的金电极阵列，得到所述并五苯有机薄膜晶体管，即为本实施例的气压传感器件。
实施例3
本实施例以实施例1中PDI8-CN2有机薄膜晶体管作为气压传感器，在真空探针台中对其进行气压响应测试；
测试条件为：气压变化范围为70Pa-100KPa；气氛为氮气，气压变化方法为通入氮气增加腔室内的气压，用泵抽走氮气减小腔室内气压，从而测试得到气压可逆响应曲线。
本实施例的测试结果如图2和图3所示，输出电流随着气压的增大而增大，随着气压的减小而减小，对气压变化具有可逆的响应曲线。此晶体管在不同气压值下输出曲线有明显差异，70Pa下的输出电流明显低于100KPa下的输出电流值。
根据上述气压可逆响应曲线的测试结果，估算杨氏模量值；
其中，气压变化量△P为100KPa，输出电流变化量△J/J0为0.05，波函数扩展长度倒数α为1010，有机薄膜分子的晶格常数R为
计算得到本实施例中PDI8-CN2有机薄膜的杨氏模量值为71MPa。
实施例4
本实施例以实施例2中并五苯有机薄膜晶体管作为气压传感器，在真空探针台中对其进行气压响应测试；
测试条件为：气压变化范围为70Pa-100KPa；气氛为氮气，气压变化方法为通入氮气增加腔室内的气压，用抽走氮气减小腔室内气压，从而测试得到气压可逆响应曲线。
本实施例的测试结果如图4和图5所示，输出电流随着气压增大而增大，随着气压减小而减小，对气压具有可逆响应。同时，此晶体管在不同气压值下有不同的源漏电流值，即器件的源漏电流值是可通过气压控制的。
实施例5
本实施例以实施例1中PDI8-CN2有机薄膜晶体管作为气压传感器，在真空探针台中对其进行气压响应测试；
测试条件为：气压变化范围为70Pa-50KPa；气氛为氮气氩气交替，气压变化方法为交替通入氮气氩气增加腔室内的气压，用交替抽走氮气氩气减小腔室内气压，从而测试得到气压可逆响应曲线。
本实施例的测试结果如图6所示，在氮气和氩气两种气氛下输出电流对气压均具有可逆响应，此有机薄膜晶体管对此两种惰性气氛均具有气压传感。
实施例6
本实施例以实施例1中PDI8-CN2有机薄膜晶体管作为气压传感器，在真空探针台中对其进行气压响应测试；
测试条件为：气压变化范围为70Pa-100KPa；气氛为空气，气压变化方法为通入空气增加腔室内的气压，通过泵抽走空气减小腔室内气压，从而测试得到气压可逆响应曲线。
本实施例的测试结果如图7所示，在空气气氛下输出电流对气压具有可逆响应，随着气压的增大而增大，减小而减小，此有机薄膜晶体管对气氛没有选择性，可在多种环境下使用，有利于器件的实际应用。
对比例1
本对比例采用原子力显微镜对实施例1中的PDI8-CN2有机薄膜的杨氏模量进行测试，探针半径为10nm，未经修正的测试结果为400(±200)MPa。参考文献表示此条件下(尖探针)表征的杨氏模量值是过估量的，实际值应小于400(±200)MPa。
对比实施例5和对比例1中的测试结果可以看出，采用本发明所述有机薄膜的杨氏模量值的评估方法得到的杨氏模量值与对比例1中的实验值接近。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种有机薄膜晶体管的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管用于气压传感器。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的气压响应范围为70Pa-100KPa。
3.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管中包含衬底层，所述衬底层的表面依次覆盖有绝缘层、修饰层、有机薄膜层和金属电极阵列。
4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述衬底层的材质为Si、绝缘层的材质为SiO2、修饰层的材质为聚苯乙烯PS；
优选地，所述衬底层的厚度为400-600μm，优选为450-550μm；
优选地，所述绝缘层的厚度为100-300nm，优选为150-250nm；
优选地，所述修饰层的厚度为1-3nm，优选为1.5-2.5nm。
5.如权利要求3或4所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜层为有机小分子半导体层；
优选地，所述有机薄膜层的材质包括PDI8-CN2和/或并五苯；优选为PDI8-CN2；
优选地，所述有机薄膜层的厚度为20-40nm，优选为25-35nm；
优选地，所述金属电极阵列的材质包括Au；
优选地，所述金属电极阵列的厚度为40-60nm，优选为45-55nm；
优选地，所述金属电极阵列的沟道宽度为2900-3100μm，优选为2950-2980μm；
优选地，所述金属电极阵列的沟道长度为150-170μm，优选为155-165μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的用途，其特征在于，所述有机薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底表面形成绝缘层，之后在绝缘层的表面涂覆修饰层；
(2)在步骤(1)中的修饰层的表面通过真空热蒸镀形成有机薄膜层；
(3)在有机薄膜层的表面通过真空热蒸镀形成金属电极阵列，得到所述有机薄膜晶体管。
7.如权利要求6所述的用途，其特征在于，步骤(1)所述涂覆修饰层的方法包括将聚苯乙烯溶液旋涂在绝缘层的表面，之后退火，得到所述修饰层；
优选地，所述聚苯乙烯溶液的浓度为0.3-1wt％；
优选地，所述聚苯乙烯溶液的溶剂为甲苯；
优选地，所述旋涂的转速为5000-7000rpm；
优选地，所述旋涂的时间为0.5-2min；
优选地，所述退火的温度为80-90℃；
优选地，所述退火的时间为0.5-2h；
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的蒸镀温度为220-260℃；
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的过程中对衬底加热的温度为85-95℃；
优选地，步骤(2)中真空热蒸镀的速率为0.8-1.2nm/min；
优选地，步骤(3)中真空热蒸镀的过程中使用掩膜板蒸镀形成金属电极阵列。
8.一种有机薄膜的杨氏模量值评估方法，其特征在于，所述方法包括将所述有机薄膜制成有机薄膜晶体管，将其用作气压传感器件，之后测试输出电流及对应的气压值，计算得到所述有机薄膜的杨氏模量值；
所述计算采用的公式为：
其中，E为有机薄膜的杨氏模量值，△P为气压变化量，△J/J0为输出电流变化量，α为波函数扩展长度倒数，R为有机薄膜分子的晶格常数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述有机薄膜选自共轭有机小分子薄膜材料，优选为PDI8-CN2；
优选地，所述α取值为1010。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述测试输出电流及对应的气压值的测试气氛为惰性气氛和/或空气，优选为氮气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010101359.3A CN111211222A (zh) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010101359.3A CN111211222A (zh) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111211222A true CN111211222A (zh) | 2020-05-29 |
Family
ID=70786972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010101359.3A Pending CN111211222A (zh) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111211222A (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1545153A (zh) * | 2003-11-17 | 2004-11-10 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 含有修饰层的有机薄膜晶体管器件及其加工方法 |
| CN1950382A (zh) * | 2004-03-18 | 2007-04-18 | 夏普株式会社 | 有机硅烷化合物、其制备方法及其用途 |
| CN101071085A (zh) * | 2007-06-21 | 2007-11-14 | 复旦大学 | 一种有机压力传感器及其使用方法 |
| KR20100050194A (ko) * | 2008-11-05 | 2010-05-13 | 국민대학교산학협력단 | 다층 박막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조방법 및이에 의하여 제조된 유기 박막 트랜지스터 |
| CN102823009A (zh) * | 2010-03-04 | 2012-12-12 | 佛罗里达大学研究基金会公司 | 包括电渗透源极层的半导体设备及其制造方法 |
| CN104297320A (zh) * | 2013-07-17 | 2015-01-21 | 国家纳米科学中心 | 一种有机单分子层薄膜场效应气体传感器及制备方法 |
| CN104776951A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-07-15 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种压阻式mems压力传感器及其制备方法 |
| CN105628262A (zh) * | 2015-12-20 | 2016-06-01 | 华南理工大学 | 基于有机弹性体栅绝缘层的薄膜晶体管压力传感器 |
| CN106463620A (zh) * | 2014-04-16 | 2017-02-22 | 里兰斯坦福初级大学理事会 | 用于高性能电子和光电子器件的极性弹性体 |
| CN106711330A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-24 | 武汉华星光电技术有限公司 | 一种有机薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN107290084A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种压力传感器及其制作方法、电子器件 |
| CN109301067A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-02-01 | 华南师范大学 | 一种六甲基二硅氮烷修饰有机薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN109946349A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 武汉轻工大学 | 有机场效应晶体管及其制备方法以及生物胺气敏传感器 |
| CN110767806A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | 西安建筑科技大学 | 一种有机薄膜晶体管及其制备方法和显示器件 |
-
2020
- 2020-02-19 CN CN202010101359.3A patent/CN111211222A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1545153A (zh) * | 2003-11-17 | 2004-11-10 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 含有修饰层的有机薄膜晶体管器件及其加工方法 |
| CN1950382A (zh) * | 2004-03-18 | 2007-04-18 | 夏普株式会社 | 有机硅烷化合物、其制备方法及其用途 |
| CN101071085A (zh) * | 2007-06-21 | 2007-11-14 | 复旦大学 | 一种有机压力传感器及其使用方法 |
| KR20100050194A (ko) * | 2008-11-05 | 2010-05-13 | 국민대학교산학협력단 | 다층 박막을 포함하는 유기 박막 트랜지스터의 제조방법 및이에 의하여 제조된 유기 박막 트랜지스터 |
| CN102823009A (zh) * | 2010-03-04 | 2012-12-12 | 佛罗里达大学研究基金会公司 | 包括电渗透源极层的半导体设备及其制造方法 |
| CN104297320A (zh) * | 2013-07-17 | 2015-01-21 | 国家纳米科学中心 | 一种有机单分子层薄膜场效应气体传感器及制备方法 |
| CN106463620A (zh) * | 2014-04-16 | 2017-02-22 | 里兰斯坦福初级大学理事会 | 用于高性能电子和光电子器件的极性弹性体 |
| CN104776951A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-07-15 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种压阻式mems压力传感器及其制备方法 |
| CN105628262A (zh) * | 2015-12-20 | 2016-06-01 | 华南理工大学 | 基于有机弹性体栅绝缘层的薄膜晶体管压力传感器 |
| CN106711330A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-24 | 武汉华星光电技术有限公司 | 一种有机薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN107290084A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种压力传感器及其制作方法、电子器件 |
| CN109301067A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-02-01 | 华南师范大学 | 一种六甲基二硅氮烷修饰有机薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN109946349A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 武汉轻工大学 | 有机场效应晶体管及其制备方法以及生物胺气敏传感器 |
| CN110767806A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | 西安建筑科技大学 | 一种有机薄膜晶体管及其制备方法和显示器件 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杜晨辉;龚亮;蔡小勇;殷伯华;江潮;安立宝;: "计量型扫描电子显微镜成像的微纳米级振动", 光学精密工程, no. 04 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2393107A1 (en) | Field effect transistor manufacturing method, field effect transistor, and semiconductor graphene oxide manufacturing method | |
| Gau et al. | Piezoresistive characteristics of MWNT nanocomposites and fabrication as a polymer pressure sensor | |
| CN111307876B (zh) | 一种用于检测二氧化氮的气体传感器及其制备方法 | |
| KR102338282B1 (ko) | 2차원 재료의 화학적 민감도 강화 방법 | |
| CN112539859B (zh) | 非晶态二硫化钼柔性压力传感器及其制备方法 | |
| Kumar et al. | Formation of carbon nanofilms on diamond for all-carbon based temperature and chemical sensor application | |
| KR20150000737A (ko) | 플렉시블 수소 센서 및 그 제조방법 | |
| Liu et al. | Toward practical gas sensing with rapid recovery semiconducting carbon nanotube film sensors | |
| CN111211222A (zh) | 一种有机薄膜晶体管的用途及基于其的有机薄膜的杨氏模量值评估方法 | |
| Zhang et al. | High‐performance piezoresistive sensors based on transfer‐free large‐area PdSe2 films for human motion and health care monitoring | |
| Hurst et al. | A transconductive graphene pressure sensor | |
| Li et al. | Depth-dependent humidity sensing properties of silicon nanopillar array | |
| CN102449771B (zh) | 烷基硅烷层叠体及其制造方法、以及薄膜晶体管 | |
| Helbling et al. | Ultra small single walled carbon nanotube pressure sensors | |
| CN105910737A (zh) | 一种应力定位传感器及其制作方法、应力定位方法 | |
| CN116735041A (zh) | 一种压力传感器及其制备方法 | |
| Yang et al. | Quad-cantilever microsensors with a low-cost single-sided micro-machining technique for trace chemical vapor detection | |
| KR20170055582A (ko) | 직접 전사 프린팅 방법 및 상기 방법에 이용되는 전사 매체 | |
| Vaziri et al. | PDMS-supported graphene transfer using intermediary polymer layers | |
| Mousa et al. | Investigation of pH effect on the performance of undoped silicon carbide nanowire field-effect transistors for the development of chemical sensors and biosensors | |
| CN1273809C (zh) | 薄膜电学性能测量中提供外加原位应力的装置及测量方法 | |
| CN106340588A (zh) | 一种自组装膜优化的n型有机场效应晶体管的制备方法 | |
| Sakavičius et al. | Long-time drift induced changes in electrical characteristics of graphene–metal contacts | |
| CN113405685B (zh) | 一种基于PEDOT-ZnO纳米异质结的温度传感器及其制备方法 | |
| Lee et al. | The fabrication of carbon nanostructures using electron beam resist pyrolysis and nanomachining processes for biosensing applications |
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 | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20240405 |