基于二维有机无机纳米复合薄膜的OTFT阵列技术研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61101031
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
28.0万
负责人：
太惠玲
依托单位：
电子科技大学
学科分类：
F0123.敏感电子学与传感器
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
李伟；黎威志；王洪；黄嘉；罗振飞；黄璐；徐睿；
关键词：
有机/无机纳米复合薄膜室内空气污染 OTFT MEMS 多参数

项目摘要

在经历了工业革命带来的"煤烟型污染"和"光化学烟雾型污染"后，现代人正进入以"室内空气污染"为标志的第三个污染时期。目前对室内环境空气污染物的各种检测方法存在着成本高、检测操作复杂及不适合实时监测应用等缺点。本项目基于MEMS技术，针对室内空气中甲醛等典型挥发性有机污染物的检测，研制一种基于二维有机/无机纳米复合薄膜的有机薄膜晶体管（OTFT）气体传感器集成阵列，根据OTFT传感器的多参数响应（源漏电流I、场迁移率μ和阈值电压VT等）与气敏特性相关的基本原理，构建OTFT传感器集成阵列的多参数多维矩阵响应模式；通过人工神经网络模式识别技术的研究，得到OTFT传感器特性参数与被测气体间的内在联系机制，从而提高OTFT单元器件的选择性和稳定性。这种将有机/无机纳米复合材料与MEMS技术相结合的结构设计与检测方法，具有灵敏度高、易集成、便于携带等特点，同时为室内空气污染检测技术提供了新的思路。

结项摘要

根据项目主要研究内容，本项目完成情况概述如下：(1) 设计并制备了底栅底接触型有机薄膜场效应管（OTFT）气体传感器，绝缘层厚度为195nm、器件沟道宽长比为160。在此基础上，初步设计并构建了OTFT气体传感器阵列。(2) 采用气喷工艺在OTFT器件上制备了聚（三-己基噻吩）（P3HT）—氧化锌（ZnO）纳米颗粒复合薄膜，系统研究了气喷量和ZnO纳米颗粒含量对复合薄膜形貌、电学和气敏性能的影响作用，优化了复合膜工艺参数；室温条件下实现了对0-150ppm甲醛（HCHO）气体的快速、可逆检测，与单一P3HT膜OTFT传感器相比，复合薄膜的三维网状结构极大地提高了传感器的灵敏度和响应—恢复特性；基于半导体基本原理建立了P-N异质结模型，并研究了复合薄膜与OTFT源漏电极/绝缘层之间的界面效应，结合OTFT传感器的多参数响应完成了甲醛气敏机理研究。(3) 将气喷与真空蒸发工艺相结合，完成了以多壁碳纳米管（MWCNT）/六噻吩（α-6T）双层敏感膜为有源层的OTFT气体传感器制备与特性研究，实现了对痕量二氧化氮（NO2，0-1ppm）气体的多参数响应；研究发现在测试气体环境中栅极电流IGS与源/漏电流IDS表现出极其相似的变化趋势，因此IGS可作为新的OTFT气敏性能表征参数。初步探索了十六氟钛箐铜（F16CuPc）/钛箐铜（CuPc）双层异质结OTFT传感器的电学与NO2气敏特性。(4) 设计并制备了OTFT传感器阵列测试系统；分别以a-6T、并五苯单层膜及MWCNT/a-6T、MWCNT/并五苯双层膜为有源层构建了OTFT气体传感器阵列，初步测试并实现了OTFT阵列对NO2气体的多参数响应特性。 .项目基本完成了研究目标：获得了有机/无机复合（或双层）薄膜OTFT气体传感器及其阵列原型样品；发表论文21篇，其中SCI论文16篇；申请发明专利4项，授权1项；获得省部级奖励1项；参加国际学术会议并做分会特邀报告3次；培养博士研究生1名，硕士研究生2名。