專利名稱：有機薄膜三極管傳感器、制作方法及用途的制作方法
技術領域：
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本發明涉及一種有機材料的薄膜三極管。
背景技術：
近年來，有機薄膜三極管、有機發光二極管，有機氣體傳感器，以及有機 發光二極管的研究，已從有機小分子半導體材料擴展到導電共扼高聚物，并把 焦點集中在器件的物理機構和改善器件的性能以達到實用化水平上。如有機薄 膜三極管集成電路、有機發光二極管顯示面板和有機氣體傳感器等。有機小分 子和高聚物的電氣特性和器件的研究，現在統稱為塑料電子學。
近年來，氣體和氣味分析的有機氣體傳感器和感應器陣列的使用已經吸引 的很多研究者的關注。研究方面主要有；可測量氣體范圍寬，重復性好，很高 的氣體選擇性和傳感器的穩定性。使研究的有機氣體傳感器或稱有機電子鼻的 具有學習，存儲和各種氣體的識別能力。有機氣體傳感器期望用于包括食物處 理，環境保護，農業生產和醫學診斷。有機三極管由于有制造成本低、柔性好 等優點。研究有機三極管的機能層材料種類繁多，可采用有機小分子、共扼低 聚物和共扼高聚物，以及合成加入各種機能基進行分子修飾等方法，使其具有 各種電氣化學特性。
發明內容
發明的目的是提供一種通過測量有機三極管傳感器工作電流的變化，實現 特定氣體微量的測定的有機三極管傳感器。
上述的目的通過以下的技術方案實現
有機薄膜三極管傳感器，其組成包括鋁蒸發膜構成的柵極，所述的鋁蒸 發膜柵極兩側具有有機半導體的酞菁銅薄膜，兩者之間形成肖特基壁壘，源極 和漏極采用與酞菁銅蒸發膜成歐姆性接觸的金蒸發膜，所述的漏極為多孔的金 電極，所述的漏極和酞菁銅之間具有有機氣體敏感膜。
所述的有機薄膜三極管傳感器，所述的酞菁銅可采用鑭系金屬配合物的雙核酞菁、稀土金屬配位的三明治結構酞菁、16氟取代的酞菁鋅。
所述的有機薄膜三極管傳感器的制作方法，首先在玻璃基板上制作金蒸發膜
源電極，然后制作第一層CuPc蒸發膜，和制作薄膜鋁柵極及第二層CuPc薄膜，
最后制作金蒸發膜漏電極。試樣制作的條件是，CuPc的蒸發溫度為40(TC、基
板溫度為室溫20'C,上下二層CuPc薄膜膜厚由蒸發時間控制、蒸發速度為3nm
/min。上下二層CuPc薄膜膜厚度分別為70nm， 130nm，半導電薄膜鋁柵極厚
度為20腿0
所述的有機薄膜三極管傳感器在特定氣體微量的測定當面的應用。
這個技術方案有以下有益效果
1. 有機三極管傳感器，具有結構為ITO (emitte)/CuPc/AI(base)/CuPc /Au (collector)疊層結構的有機三極管傳感器(Vertical Type Current Channel of Quasi-conductor Al Gate Organic Semiconductor Copper Phthalocyanine Thin Film sensors; VOTFTS)。利用有機遂穿三極管的大電流增 益的優點，使用代表性有機半導體材料酞菁銅(copper phthalocyanine: CuPc)， 特定氣體如02 ， N02被有機三極管傳感器的發射區有機薄膜吸附時，發生氧化還 原反應，相當于施主或受主攙雜作用，導致有機膜內載流子變化。使由源極發 射的載流子增加或減少，遂穿CuPc/Al/CuPc雙肖特基勢壘柵極區域形成工作電 流發生改變。通過測量有機三極管傳感器工作電流的變化，實現特定氣體微量
2. 參照圖l，在固體酞菁膜中吸附02， MPc與02的化學反應促進電子的 移動，02起到了電子捕獲陷阱的作用MPc，02 +e—MPc，(V 。
酞菁晶體吸附了 N0氣體后電導會發生很大的變化，在4) (N0)為5xl0—9 — 5xl0—9情況下有較高的靈敏度。通過對酞菁系材料修飾引入機能基，如鑭系金屬
配合物的雙核酞菁、稀土金屬配位的三明治結構酞菁、16氟取代的酞菁鋅[2]，可 以制作針對多種氣體的傳感器。
這種具有疊層結構的有機三極管傳感器利用了 VOTFT極高的電流增益， 使發射區有機薄膜吸附時，發生氧化還原反應，相當于施主或受主攙雜作用， 導致有機膜內載流子變化。特定氣體如02，1\02， H2，被有機三極管傳感器的發 射區有機薄膜吸附時，發生氧化還原反應，相當于施主或受主攙雜作用，導致 發射極有機膜內載流子變化，注入半導電鋁薄膜基極，改變肖特基勢壘的高度， 驅動有機遂穿三極管。由源極發射的載流子增加或減少，遂穿CuPc/Al/CuPc 雙肖特基勢壘柵極區域的工作電流發生改變。
通過測量有機三極管傳感器工作電流的變化，實現特定氣體的測定。與有 機化學傳感器或有機場效應三極管相比，具有好的信號轉換能力。輸出的電流 信號容易處理。
3.有機三極管傳感器的制作研究
在本產品中采用具有良好的化學穩定性和耐熱性CuPc，已作為代表性有機 氣敏研究的材料。CuPc呈典型的本征P形有機半導體材料。本發明研究的有機 三極管傳感器結構是由ITO— (collector) / CuPc / Al (base) / CuPc / Au (emitte) 五層或六層構成。柵極是鋁蒸發膜，通過調節鋁蒸發源與試樣間的距離和蒸發 時間控制各層蒸發膜的厚度。源極和漏極采用與CuPc蒸發膜成歐姆性接觸的 金蒸發膜。
圖l是有機三極管傳感器的結構圖，結構為玻璃基板/ Au (collector) / CuPc / Al (base) / CuPc / Au (emitte)。
圖2是有機三極管吸附氧氣時，載流子產生和注入基極區域使勢壘變化A€ 的能帶圖。
本發明的
具體實施例方式
實施例1:
有機薄膜三極管傳感器，其組成包括鋁蒸發膜構成的柵極(基極)，所述 的鋁蒸發膜柵極兩側具有有機半導體的酞菁銅薄膜，兩者之間形成肖特基壁壘， 源極(集電極)和漏極(發射極)采用與酞菁銅蒸發膜成歐姆性接觸的金蒸發 膜，所述的漏極為多孔的金電極，所述的漏極和酞菁銅之間具有有機氣體敏感 膜。整體附著在玻璃基板上。
實施例2:
實施例1所述的有機薄膜三極管傳感器中，所述的酞菁銅可采用鑭系金屬 配合物的雙核酞菁、稀土金屬配位的三明治結構酞菁、16氟取代的酞菁鋅 替代。
實施例3:
實施例1或2所述的有機薄膜三極管傳感器的制作方法，首先在玻璃基 板上制作金蒸發膜源電極，然后制作第一層CuPc蒸發膜，和制作薄膜鋁柵極 及第二層CuPc薄膜，最后制作金蒸發膜的多孔漏電極。試樣制作的條件是， CuPc的蒸發溫度為40(TC、基板溫度為室溫2(TC，上下二層CuPc薄膜膜厚由 蒸發時間控制、蒸發速度大約為2-4nm/min之間， 一般3nm/min左右。上層 CuPc薄膜膜厚度分別大約為60-80 nm，比如70nm,下層的CuPc薄膜膜厚度 分別大約為120-140 nm之間，大約130nm，半導電薄膜鋁柵極厚度大約為15-30 nm之間，比如20nm。
實施例4:
上述的有機薄膜三極管傳感器在特定氣體微量的測定方面的應用。
權利要求
1.一種有機薄膜三極管傳感器，其組成包括鋁蒸發膜構成的柵極，其特征是所述的鋁蒸發膜柵極兩側具有有機半導體的酞菁銅薄膜，兩者之間形成肖特基壁壘，源極和漏極采用與酞菁銅蒸發膜成歐姆性接觸的金蒸發膜，所述的漏極為多孔的金電極，所述的漏極和酞菁銅之間具有有機氣體敏感膜。
2. 根據權利要求1所述的有機薄膜三極管傳感器，其特征是所述的酞菁 銅可采用鑭系金屬配合物的雙核酞菁、稀土金屬配位的三明治結構酞菁、 16氟取代的酞菁鋅。
3 —種權利要求1或2所述的有機薄膜三極管傳感器的制作方法，其特征是首先在玻璃基板上制作金蒸發膜源電極，然后制作第一層CuPc蒸發膜， 和制作薄膜鋁柵極及第二層CuPc薄膜，最后制作金蒸發膜漏電極。試樣制作 的條件是，CuPc的蒸發溫度為400℃、基板溫度為室溫20℃，上下二層CuPc 薄膜膜厚由蒸發時間控制、蒸發速度為3nm/min。上下二層CuPc薄膜膜厚度 分別為70nm， 130nm，半導電薄膜鋁柵極厚度為20nm。
4. 一種權利要求l、 2、 3所述的有機薄膜三極管傳感器在特定氣體微量的 測定方面的應用。
全文摘要
有機薄膜三極管傳感器、制作方法及用途，近年來，氣體和氣味分析的有機氣體傳感器和感應器陣列的使用已經吸引了很多研究者的關注。本發明是通過測量有機三極管傳感器工作電流的變化，實現特定氣體微量的測定的有機三極管傳感器。有機薄膜三極管傳感器，其組成包括鋁蒸發膜構成的柵極，所述的鋁蒸發膜柵極兩側具有有機半導體的酞菁銅薄膜，兩者之間形成肖特基壁壘，源極和漏極采用與酞菁銅蒸發膜成歐姆性接觸的金蒸發膜，所述的漏極為多孔的金電極，所述的漏極和酞菁銅之間具有有機氣體敏感膜。
文檔編號G01N27/403GK101196489SQ200610151098
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月5日 優先權日2006年12月5日
發明者宋明歆, 桂太龍, 殷景華, 喧 王, 王東興, 洪 趙 申請人:哈爾濱理工大學
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