有机薄膜晶体管气体传感器的制备及特性研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目有机薄膜晶体管气体传感器的制备及特性研究学科专业光学工程学号200810502002作者姓名李娴指导教师蒋亚东教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文有机薄膜晶体管气体传感器的制备及特性研究（题名和副题名）李娴（作者姓名）指导教师蒋亚东教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业光学工程提交论文日期2013.03论文答辩日期2013.05学位授予单位和日期电子科

2、技大学2013年6月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据PreparationandPropertiesofOrganicThinFilmTransistorGasSensorsADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:XianLiAdvisor:Prof.YadongJiangSchool:SchoolofOptoelectronicInformation

3、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，

4、可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要有机薄膜晶体管（OrganicThin-FilmTransistors,OTFT）气体传感器是近年来国际上化学传感领域发展较为迅速的一种新型气体传感器，相较于传统气体传感器具有很多独特的优势，如尺寸小、成本低、制备工艺简单、多参数检测、便于集成等。本文以薄膜晶体管为传感器件，在对器件制备工艺和结构参数进行优化的基础上，对OTFT电学特性和OTFT气体传感器的气敏特性进行了系统的研究，同时对其气敏机理进行了深入的分析研究。其主要内容包括

5、以下几个方面：1.以n型重掺杂硅外延片作为衬底，热氧化二氧化硅（SiO2）作为绝缘层，具有叉指电极结构的钛/金电极作为源极和漏极制备了薄膜晶体管器件。设计了不同的绝缘层厚度(125nm、195nm和300nm)和不同沟道宽长比（40、160和640），采用真空蒸发镀膜工艺分别在在薄膜晶体管上制备了酞菁铜（CopperPhthalocyanine,CuPc）和α-六噻吩（α-Sexithiophene，α-6T）作为有机有源层，首次研究了绝缘层厚度对于OTFT气敏性能的影响，同时对沟道宽长比的影响也进行了测试分析。测试结果表明，当绝缘层厚度为125nm、沟道宽长比为160时

6、，OTFT气体传感器表现出最优的电学和气敏特性，利用OTFT的载流子传输理论对测试结果进行了分析。2.对金属酞菁薄膜晶体管的气敏特性和敏感机理进行了系统研究。研究了CuPc薄膜晶体管气体传感器对H2S气体的气敏性能，该传感器在室温下对H2S表现出较好的响应/恢复特性、重复性和选择性。实验过程中分析发现，空气中的氧对于有机薄膜晶体管气体传感器的性能具有重要作用，气体分子的极性和得失电子能力的强弱直接影响器件对气体响应的大小。同时对基于p型的CuPc、酞菁钴（CobaltPhthalocyanine，CoPc）和n型十六氟酞菁铜（CopperHexadecafluoropht

7、halocyanine，F16CuPc）OTFT的电学特性和对甲基磷酸二甲酯（Dimethylmethylphosphonate，DMMP）的气敏响应进行了测试；测试结果表明，CoPc和F16CuPcOTFT均具有良好的电学性能，但对相同浓度的DMMP响应均低于CuPcOTFT，这是因为CuPc薄膜中的Cu离子对DMMP具有一定的催化降解作用，从而对DMMP表现出较好的响应。3.在薄膜晶体管上采用气喷镀膜工艺制备了聚（3-己基噻吩）（Poly(3-hexylthiophene)，P3HT）/氧化锌（ZnO）纳米颗粒有机/无机复