基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法。该气体传感器包括基底层、栅绝缘层、有源层、源电极和漏电极，所述栅绝缘层与有源层连接，栅绝缘层与有源层设置于基底层之间，栅电极、源电极和漏电极分别设置于基底层上，所述栅绝缘层由具有微结构的绝缘材料组成；所述具有微结构的绝缘材料为氧化物或绝缘聚合物。本发明通过在绝缘材料上构造微结构而制备栅绝缘层，当往上述微结构的栅绝缘层里通入气体时，栅绝缘层的电容发生变化，进而引起场效应晶体管性能的改变，从而达到气体检测的目的。本发明的气体传感器检测范围广，可实现多种气体的检测。得到的气体传感器的体积小，可以减小检测器件的体积和成本，有较好的应用前景。
【专利说明】基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法
【【技术领域】】
[0001]本发明属于传感器制备【技术领域】，特别涉及一种基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法。该气体传感器可以通过场效应晶体管器件性能的变化，实现气体高灵敏、低成本和宽范围的检测。
【【背景技术】】
[0002]有机场效应晶体管(OFET )是有机半导体的重要研究内容之一，有机场效应晶体管主要的优点是:材料来源广、成膜技术多(如甩膜、滴膜、LB膜、分子自组装、电化学沉积或印刷等成膜技术)、低温加工、电学性质容易调制(通过引入侧链或取代)、可与柔性衬底兼容、器件尺寸小(可达分子尺度)、集成度高、适合大批量生产及低成本等。
[0003]有机场效应晶体管在结构上类似一个电容器，源漏电极和有机半导体薄膜的导电沟道相当于一个极板，栅极相当于另一个极板。当在栅源之间加上负电压时，由于电容器效应，空穴将从源极注入有机半导体层，并在有机半导体与绝缘层的界面处累积起来。此时在源、漏电极之间再加上一个负电压Vds，就会在源漏电极之间产生电流(ID.sat)，电流的大小由栅源电压(Vffi)和源漏电压Vds同时控制。因此，在晶体管其它结构确定的情况下，栅绝缘层的变化能够引起源漏电流的变化。
【权利要求】
1.一种基于场效应晶体管结构的气体传感器，包括基底层、栅绝缘层、有源层、栅电极、源电极和漏电极，所述栅绝缘层与有源层连接，栅绝缘层与有源层设置于基底层之间，栅电极、源电极和漏电极分别设置于基底层上，其特征在于，所述栅绝缘层由具有微结构的绝缘材料组成； 所述具有微结构的绝缘材料为氧化物或绝缘聚合物。
2.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述氧化物为二氧化硅、三氧化二铝、氧化铪、氧化锆或二氧化钛中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述绝缘聚合物为聚苯乙烯、聚a -甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷，或聚苯乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述微结构为阵列的柱体或椎体。
5.根据权利要求4所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述柱体的高度为5~100微米，直径为5~100微米，柱体的间距为5~50微米；所述椎体的高度为5~100微米，椎体的小段直径为5~50微米，锥体的间距为5~50微米。
6.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述源电极和漏电极镜像对称地设置于同一基底层上，栅电极和源电极不在同一基底层上。
7.根据权利要求1所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器，其特征在于，所述基底层包括基底层A和基底层B，所述栅绝缘层与有源层设置于基底层A和基底层B之间。
8.权利要求1~7任一项所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在基底层A上构造镜像对称的金属的源、漏电极； (2)在基底层A及源、漏电极上构造有源层； (3)在基底层B构造栅电极； (4)在基底层B和栅电极上添加绝缘材料； (5)在步骤(4)的绝缘材料上构造微结构，得到栅绝缘层； (6)将步骤(5)得到的含有微结构的栅绝缘层，反向转移、压紧在步骤(2)得到的有源层表面，得到基于场效应晶体管结构的气体传感器。
9.根据权利要求8所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在基底层A上构造镜像对称的、金属的源、漏电极； (2)在基底层A及源、漏电极上构造有源层； (3)在基底层B构造栅电极； (4)在基底层B和栅电极上添加绝缘材料； (5)在步骤(4)的绝缘材料上构造微结构，得到栅绝缘层； (6)将步骤(2)得到的有源层，反向转移、压紧在步骤(5)得到的含有微结构的栅绝缘层表面，得到基于场效应晶体管结构的气体传感器。
10.根据权利要求8或9所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述构造采用喷墨打印、气溶胶喷印、溅射或蒸发的方法进行构造； 步骤(2)中所述构造的方法为旋凃、喷墨打印、丝网印刷或热蒸发；所述有源层为有机半导体材料有源层； 步骤(3)中所述构造的方法为溅射或蒸发； 步骤(4)中所述添加的方法为旋凃、溅射或打印； 步骤(5)中所述构造的方法 为光刻或印刷。
【文档编号】H01L51/40GK103500798SQ201310397762
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】王凤霞, 潘革波 申请人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所