一種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，具體涉及一種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器及其制備方法，屬于有機(jī)電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著諸如物聯(lián)網(wǎng)、智能監(jiān)控、人工皮膚等新型智能應(yīng)用技術(shù)的出現(xiàn)，將信息時(shí)代推向了 “億萬(wàn)傳感器”時(shí)代，低成本的具有不同功能的傳感器受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于溫度指標(biāo)對(duì)環(huán)境變化、生化過(guò)程控制、人體感知等有著顯著的影響，因此溫度傳感器是眾多類型的傳感器中極其重要的一種。另一方面，隨著有機(jī)電子技術(shù)領(lǐng)域的興起以及印刷技術(shù)的進(jìn)步，使得能夠大面積、低成本地制造具有柔性特性的有機(jī)薄膜晶體管成為可能。得益于該技術(shù)的發(fā)展，基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器將具有十足的吸引力和極大的應(yīng)用需求。然而現(xiàn)階段基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器存在著操作電壓高(>20V)、難以柔性化、有源矩陣工藝復(fù)雜等不足。尤其對(duì)于諸如電子皮膚之類的應(yīng)用來(lái)講，亟需能夠低電壓操作(〈5V)的柔性溫度傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器，其柵介質(zhì)層中使用具有高介電常數(shù)且在一定溫度范圍內(nèi)介電常數(shù)對(duì)溫度敏感的絕緣材料，并且器件實(shí)現(xiàn)低電壓工作(低于5V)。本發(fā)明的另一目的是，提供一種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器，其器件工作電壓低于5V且無(wú)電學(xué)遲滯效應(yīng)，包括襯底、源電極、漏電極、有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極，所述柵介質(zhì)層具有大電容值且對(duì)溫度敏感，該柵介質(zhì)層的電容大于lOOnF/cm2。
[0006]進(jìn)一步地，所述的柵介質(zhì)層由具有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)層和具有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)層疊加而成，所述第一介質(zhì)層緊鄰所述有機(jī)半導(dǎo)體層，并且置于該有機(jī)半導(dǎo)體層與所述第二介質(zhì)層之間，所述第二介質(zhì)層置于所述柵電極與所述第一介質(zhì)層之間。
[0007]進(jìn)一步地，所述的第一介質(zhì)層的介電常數(shù)小于3。
[0008]進(jìn)一步地，所述的第二介質(zhì)層常溫下的介電常數(shù)高于55，且在一定溫度范圍內(nèi)具有介電常數(shù)對(duì)溫度敏感的特性。
[0009]進(jìn)一步地，所述的第二介質(zhì)層為弛豫鐵電聚合物材料，在一定溫度范圍內(nèi)沒(méi)有鐵電效應(yīng)。
[0010]進(jìn)一步地，所述的有機(jī)薄膜晶體管既是開(kāi)關(guān)器件，又是溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
[0011]進(jìn)一步地，所述的溫度傳感器采用頂柵底接觸型結(jié)構(gòu)，自下而上依次第一層為所述襯底，第二層為所述源電極和漏電極，第三層為置于所述源電極與漏電極之間的所述有機(jī)半導(dǎo)體層，第四層為柵介質(zhì)層，第五層為所述柵電極。
[0012]或者，所述的溫度傳感器采用底柵底接觸型結(jié)構(gòu)，自下而上依次第一層為所述襯底，第二層為所述柵電極，第三層為柵介質(zhì)層，第四層為所述源電極和漏電極，第五層為置于所述源電極與漏電極之間的所述有機(jī)半導(dǎo)體層。
[0013]本發(fā)明的另一技術(shù)方案為:
[0014]—種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器的制備方法，其采用溶液法加工，包括:在所述襯底上打印出所述柵電極，再依次沉積出第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層構(gòu)成所述柵介質(zhì)層，之后在所述第一介質(zhì)層上分別打印出所述源電極和漏電極，最后在所述源電極與漏電極之間沉積形成有機(jī)半導(dǎo)體層。
[0015]本發(fā)明的又一技術(shù)方案為:
[0016]—種基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器的制備方法，包括:在所述襯底上制作所述源電極和漏電極，在所述源電極與漏電極之間沉積形成所述有機(jī)半導(dǎo)體層，再在該有機(jī)半導(dǎo)體層上依次沉積出第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層構(gòu)成所述柵介質(zhì)層，最后在所述第二介質(zhì)層上沉積所述柵電極。
[0017]本發(fā)明取得了如下有益效果:
[0018]第一，所述的溫度傳感器是基于有機(jī)薄膜晶體管制備的，具有可大面積加工、制造成本低、產(chǎn)品周期短等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]第二，所述溫度傳感器具有柔韌性好等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)于人工智能、產(chǎn)品標(biāo)等新型應(yīng)用極具吸引力。
[0020]第三，本發(fā)明由于采用的柵絕緣層的電容較大，有機(jī)薄膜晶體管的亞閾值擺幅將很小，有利于器件低電壓工作，因此工作時(shí)操作電壓低，便于與光伏電池、紙電池、無(wú)線電波等電源系統(tǒng)集成，極大地拓展了所述溫度傳感器的應(yīng)用方式。
[0021]第四，所述溫度傳感器器件本身具有晶體管和溫度傳感器雙重工作模式，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的基于薄膜晶體管陣列外加傳感器的有源矩陣傳感設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023 ]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例在室溫下的電學(xué)特性。
[0024]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例在室溫下的電學(xué)特性。
[0026]圖5是本發(fā)明第二介質(zhì)層的柵電容在20Hz測(cè)試條件下對(duì)溫度的依賴關(guān)系圖。
[0027]圖6是本發(fā)明第二介質(zhì)層的柵電容在20Hz測(cè)試條件下對(duì)溫度(從30°C至40°C)的響應(yīng)恢復(fù)特性圖。
[0028]圖7是本發(fā)明的漏端輸出電流對(duì)溫度(從22°C至38°C)的響應(yīng)恢復(fù)特性圖。
[0029]圖中，I襯底，2源電極，3漏電極，4有機(jī)半導(dǎo)體層，5第一介質(zhì)層，6第二介質(zhì)層，7柵電極。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，該實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。[0031 ] 實(shí)施例一
[0032]如圖1所示，圖示溫度傳感器包括:襯底1(優(yōu)選塑料/紙襯底)、源電極2、漏電極3、有機(jī)半導(dǎo)體層4、柵介質(zhì)層和柵電極7。所述基于有機(jī)薄膜晶體管的溫度傳感器采用頂柵底接觸型結(jié)構(gòu)，自下而上依次第一層為襯底I，第二層為源電極2與漏電極3，第三層為置于所述源電極2與漏電極3之間的有機(jī)半導(dǎo)體層4，第四層為柵介質(zhì)層(包括第一介質(zhì)層5和第二介質(zhì)層6)，第五層為柵電極7。所述的有機(jī)薄膜晶體管既是開(kāi)關(guān)器件，又是溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
[0033]所述的第四層的柵介質(zhì)層具有大電容值且對(duì)溫度敏感，其電容大于lOOnF/cm2，該柵介質(zhì)層由具有低介電常數(shù)的第一介質(zhì)層5和具有高介電常數(shù)的第二介質(zhì)層6疊加而成;其中，第一介質(zhì)層5緊鄰有機(jī)半導(dǎo)體層4，也就是說(shuō)置于該有機(jī)半導(dǎo)體層4與第二介質(zhì)層6之間的位置，該第一介質(zhì)層5的介電常數(shù)小于3;第二介質(zhì)層6置于柵電極7與第一介質(zhì)層5之間，而第二介質(zhì)層6的介電常數(shù)在常溫下的最大值大于55;第二介質(zhì)層6的優(yōu)選材料為弛豫鐵電聚合物材料，在一定溫度范圍內(nèi)沒(méi)有鐵電效應(yīng)(即不會(huì)出現(xiàn)電滯回線)，但具有介電常數(shù)對(duì)溫度敏感的特性。整個(gè)器件典型的操作電壓小于5V，亞閾值擺幅小于0