基于絲素蛋白的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管氣體傳感器的研究.pdf

1、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Organic Field-Effect Transistor, OFET）又名有機(jī)薄膜晶體管，是基于傳統(tǒng)的無機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種有機(jī)電子器件，它具有低功耗、重量輕及體積小等優(yōu)點(diǎn)，因而自問世以來就受到了研究人員的普遍關(guān)注。目前它的性能已經(jīng)接近甚至超過非晶硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管的水平，未來有望廣泛應(yīng)用于有機(jī)電致發(fā)光顯示和大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域。隨著新型有機(jī)敏感材料的開發(fā)， OFET器件也被嘗試運(yùn)用于化學(xué)分析物和氣體的檢

2、測(cè)。
　　本文以氧化銦錫玻璃作為襯底，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和絲素蛋白（SF）作為介電層，并五苯薄膜作為有源層，制備了底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的OFET器件。通過研究OFET器件的電學(xué)特性和對(duì)二氧化氮（NO2）氣體的氣敏特性，進(jìn)一步地探討了器件的工作機(jī)理，并分析了工藝條件對(duì)器件性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1) SF介電層OFET的NO2傳感器的研究。分別制備了PMMA單層、SF單層和PMMA/SF雙層介電層的OFET器

3、件。與另外兩種器件相比，PMMA/SF雙介電層的OFET器件表現(xiàn)出了最好的電學(xué)性能。然后，我們?nèi)』A(chǔ)性能最好的PMMA/SF器件，將其作為氣體傳感器，研究了它對(duì)NO2的敏感特性。測(cè)試結(jié)果表明，該器件在室溫下對(duì)NO2氣體表現(xiàn)出了較好的感應(yīng)靈敏度和響應(yīng)速度，可以探測(cè)低至10 ppm濃度的NO2氣體，而且對(duì)50 ppm濃度的NO2氣體達(dá)到了20％的響應(yīng)度。通過原子力顯微鏡（AFM）對(duì)薄膜形貌進(jìn)行表征，我們認(rèn)為器件氣敏性能的提升主要?dú)w因于SF薄

4、膜更大的表面積和獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，以及SF分子數(shù)量龐大的氨基和羥基與NO2氣體分子之間較強(qiáng)的相互作用。
　　(2)溶劑輔助退火SF介電層OFET器件的研究。在前面制備的高性能PMMA/SF雙介電層OFET器件的基礎(chǔ)之上，通過優(yōu)化退火工藝，進(jìn)一步提高了器件的電學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果表明，在熱退火之前，使用乙醇進(jìn)行溶劑輔助退火，可以降低SF薄膜的表面粗糙度和表面能，從而降低器件的電荷陷阱密度和接觸電阻，提高載流子遷移率。而通過對(duì)溶劑輔助退火的