基于噻吩的有机薄膜晶体管气体传感器研究

发布时间：2017-11-07 21:16

  本文关键词：基于噻吩的有机薄膜晶体管气体传感器研究

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【摘要】：有机薄膜晶体管(OTFT)气体传感器具有多参数检测等优势,因而吸引了国内外传感器研究人员的广泛关注。本文将OTFT作为传感器件,以重掺杂的n型硅为衬底、195nm厚的SiO_2为绝缘层,基于不同的有源层薄膜,测试分析了OTFT的电学性能及其气敏性能,并就气敏机理进行了分析。此外,本文设计并制备了一个基于同一个硅外延片上的3×2个单元的OTFT阵列。首先,以六噻吩(α-sexithiophene,α-6T)薄膜、α-6T与C60衍生物C_(61)([6,6]-Phenyl C_(61) butyric acid methyl ester)组成的异质结复合薄膜以及有机/无机复合薄膜(α-6T/ZnO)作为有源层分别制备了三种OTFT器件,研究了它们的电学特性及对NH_3的气敏响应。研究结果表明,掺杂了C_(61)的复合薄膜使得响应率提高了5.04倍,并对其机理进行了分析。通过研究α-6T与ZnO的质量比对OTFT NO_2气体传感器气敏感性能的影响,发现质量比为3:1的α-6T/ZnO的器件更好地改善了传感器输出曲线的饱和性,减少了基线漂移,并提高了恢复性。然后,依次制备了聚三己基噻吩(Poly(3-hexylthiophene),P3HT)、分层P3HTC_(61)、分层C_(61)-P3HT、复合P3HT/C_(61)、分层P3HT-还原氧化石墨烯(RGO)、复合P3HT/可溶性并五苯(Tips-pentacene)六种有源层结构的OTFT器件,测试其电学性能及气敏性能。综合P3HT、P3HT-C_(61)、C_(61)-P3HT、P3HT/C_(61)四种OTFT器件的电学性能以及气敏性能,发现复合P3HT/C_(61)-TFT的性能最佳,同时,结合四种薄膜的SEM表征分析其气敏机理。另外,掺杂RGO后的P3HT-RGO-TFT源漏电流、灵敏度均增大一个数量级,且响应率增大,改善了基线漂移现象及恢复性。我们认为,RGO本身二维(2D)片层结构起着关键作用。通过研究P3HT/Tips-pentacene OTFT器件膜厚与温度对器件性能的影响,发现在60℃下测得器件对NO_2的灵敏度比在室温下提高1.6倍,而气喷量为1ml的器件对NH_3的响应性能比气喷量为0.5ml的器件良好。最后,本文设计并制备具有五种沟道宽度以及长度的3×2有机薄膜晶体管阵列,并依次从阵列设计、光刻、溅射镍铬层、蒸发金层、剥离及切片封装等方面详细地介绍了整个实验过程以及制备参数。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5;TP212

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本文编号：1154156