CN112666239A - 一种基于共混聚合物介电层的ofet气体传感器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，采用溶液浸涂法，在ITO玻璃基底（3）上均匀涂覆聚合物混合溶液（1），通过调控聚苯乙烯和聚偏氟乙烯混合溶液（1）的组成和溶液浓度，调控退火时间、退火温度和退火环境，获得不同形貌的共混聚合物介电层（4），在共混聚合物介电层（4）上真空蒸镀四噻吩诱导层（6）和酞菁锌敏感层（7），最后蒸镀金电极（8）得到基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于共混聚合物介电层的OFET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
基于聚合物电介质的有机场效应晶体管（OFET）由于其低廉的价格，可低温和溶液处理，大面积制造，柔性和生物相容性等优势吸引了众多研究人员的兴趣。可以广泛应用于不同领域，例如气体传感器、柔性显示器，电子皮肤，射频识别标签等。晶体管是构成信号处理电路和系统的基本元件，基于可溶液处理的聚合物介电材料和有机半导体材料的OFET具有多项竞争优势，使多功能材料的轻松混合集成成为可能。
近年来，在高性能聚合物和小分子有机半导体材料的研究和开发上投入了大量精力。对于p型和n型有机半导体，文献中已经报道了超过10 cm2V-1s-1的高迁移率值。然而，这些研究大多使用SiO2作为栅极电介质，羟基对有机半导体分子堆积和载流子传输产生影响，可溶液加工的聚合物和混合电介质由于其低温加工和出色的机械柔性成为了可靠候选。因此，找到合适的聚合物电介质以匹配高性能有机半导体对获得具有理想器件性能（包括高载流子迁移率，高开关比，低阈值电压和良好稳定性）的OFET气体传感器至关重要。
本发明采用溶液浸涂法，在ITO玻璃基底上均匀涂覆聚合物混合溶液，通过调控聚合物组成、溶液浓度、浸涂工艺以及成膜工艺，制备出具有三维形貌的共混聚合物介电层，采用真空蒸镀法蒸镀有机半导体材料和金电极，形成三维气体敏感层，得到高性能OFET气体传感器。
发明内容
本发明是一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，采用该方法进一步降低了气体传感器的制备成本，并且可以实现三维敏感薄膜的有效调控，增强了气体响应，降低了传感器的响应与回复时间，进一步提高了传感器的实际应用能力。
该气体传感器主要采用溶液浸涂法制备，如图1所示，首先配置聚苯乙烯和聚偏氟乙烯的混合溶液（1），置于密闭容器（2）中，将干净的ITO玻璃基底（3）浸没于聚合物混合溶液（1）中， 取出后ITO玻璃基底（3）上均匀涂覆一层聚合物混合溶液（1），将其置于退火装置（5）中进行退火以去除溶剂，形成聚苯乙烯和聚偏氟乙烯的共混聚合物介电层（4），接着真空蒸镀四噻吩和酞菁锌有机半导体材料形成四噻吩诱导层（6）和酞菁锌敏感层（7），最后蒸镀金电极（8）得到基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器。
附图说明
图1：共混聚合物介电层制备过程示意图。
图2：基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器结构示意图。
具体实施方式
本发明是一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，具体实现过程如图1和图2所示。
a）称取不同质量比的聚苯乙烯和聚偏氟乙烯，采用甲苯作为溶剂，配置不同浓度的聚合物混合溶液（1），置于密闭容器（2）中。
b）将清洗干净的ITO玻璃基底（3）浸没于聚合物混合溶液（1）中，取出后ITO玻璃基底（3）上均匀涂覆着一层聚合物混合溶液（1），通过调控浸没时间与取出方式以改变聚合物混合溶液（1）的涂覆量。
c）将涂覆着聚合物混合溶液（1）的ITO玻璃基底（3）置于真空退火装置（5）中，调控退火温度、退火时间和退火环境，获得具有不同表面形貌的共混聚合物介电层（4）。
d）在共混聚合物介电层（4）上真空蒸镀四噻吩诱导层（6）和酞菁锌敏感层（7），最后蒸镀金电极（8）得到基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器。
Claims (5)
1.一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法包括：采用溶液浸涂法，将ITO玻璃基底（3）浸没于聚苯乙烯和聚偏氟乙烯的混合溶液（1）中，通过调控聚苯乙烯和聚偏氟乙烯的组成、混合溶液（1）的浓度、浸涂时间、取出方式，以及调控退火温度、时间和环境，优化共混聚合物介电层（4）的形貌，接着真空蒸镀四噻吩诱导层（6）和酞菁锌敏感层（7），最后蒸镀金电极（8）得到基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，其特征在于，混合溶液（1）由聚苯乙烯、聚偏氟乙烯和甲苯组成，聚苯乙烯和聚偏氟乙烯的质量比在1∶0.5到1∶5之间，混合溶液（1）浓度为5-50 mg/ml。
3.根据权利要求1所述的一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，其特征在于，采用溶液浸涂的方法，在ITO玻璃基底（3）上均匀涂覆聚合物混合溶液（1），浸涂时间为1-10分钟，取出方式有水平取出，垂直取出和倾斜取出。
4.根据权利要求1所述的一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，其特征在于，采用退火的方法，固化烘干形成共混聚合物介电层（4），退火温度在50-100 ℃，退火时间为5-30分钟，退火环境有真空退火，甲苯蒸汽退火，以及大气环境退火。
5.根据权利要求1所述的一种基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器制备方法，其特征在于，采用真空蒸镀法，在共混聚合物介电层（4）上沉积四噻吩诱导层（6）和酞菁锌敏感层（7），真空度为5.0×10-4 Pa，四噻吩诱导层（6）的厚度在2-5 nm，衬底温度为185℃，酞菁锌敏感层（7）的厚度在10-50 nm，衬底温度为185 ℃，最后蒸镀金电极（8）得到基于共混聚合物介电层的OFET气体传感器。
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