[发明专利]基于场效应晶体管结构的气体传感器及其制备方法

说明书

【技术领域】

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】

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。

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V_GS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V_DS，就会在源漏电极之间产生电流(I_D.sat)，电流的大小由栅源电压(V_GS)和源漏电压V_DS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。

ID.sat=W2LCoxμsat(VG-VT)2]]>

根据上述公式,在导电沟道参数长（L），宽(W),材料的饱和迁移率（μ_sat）,栅电压（V_G）及（V_T）不变的情况下，源漏电流起到对电容变化一个放大的作用。

随着环境污染问题的严重，如何实现高效、快速的环境污染物（如H₂S、NH₃和CO等）的检测是许多领域迫切需要解决的问题。目前常用气体传感器主要包括电学类气体传感器、非分光红外线技术及电化学类气体传感器等，这些传感器在某些领域得到了一定的应用，但是还存在一定的不足。如电学类气体传感器对气体选择性差、有效时间短；基于红外技术的传感器成本高、装置复杂、操作时间长，过程比较复杂，而基于电化学类的气体传感器容易受到外界的干扰，寿命比较短。因此，市场上的气体传感器很难满足低成本、高灵敏度、快速及时检测和简单便携等需求。

【发明内容】

本发明的首要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于场效应晶体管结构的气体传感器。

本发明的另一目的在于提供所述的基于场效应晶体管结构的气体传感器的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：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，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优选为氧化物或绝缘聚合物。

所述氧化物优选为二氧化硅、三氧化二铝、氧化铪、氧化锆或二氧化钛中的至少一种。

所述绝缘聚合物优选为聚苯乙烯（Polystyrene,PS）、聚а-甲基苯乙烯（poly(а-methyl styrene)，PаMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate PMMA）、聚碳酸酯（polycarbonate,PC）、聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane）或聚苯乙烯中的至少一种。

所述微结构优选为阵列的柱体或椎体。