一種基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫度傳感器，具體涉及一種基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器及其制備方法，屬于有機電子器件制備技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著諸如物聯網、智能監控、人工皮膚等新型智能應用技術的出現，將信息時代推向了 “億萬傳感器”時代，低成本的具有不同功能的傳感器受到越來越多的關注。由于溫度指標對環境變化、生化過程控制、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，隨著有機電子技術領域的興起以及印刷技術的進步，使得能夠大面積、低成本地制造具有柔性特性的有機薄膜晶體管成為可能。得益于該技術的發展，基于有機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用需求。然而現階段基于有機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、有源矩陣工藝復雜等不足。尤其對于諸如電子皮膚之類的應用來講，亟需能夠低電壓操作(〈5V)的柔性溫度傳感器。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明的目的在于，提供一種基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器，其柵介質層中使用具有高介電常數且在一定溫度范圍內介電常數對溫度敏感的絕緣材料，并且器件實現低電壓工作(低于5V)。本發明的另一目的是，提供一種基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器的制備方法。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]—種基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器，其器件工作電壓低于5V且無電學遲滯效應，包括襯底、源電極、漏電極、有機半導體層、柵介質層和柵電極，所述柵介質層具有大電容值且對溫度敏感，該柵介質層的電容大于lOOnF/cm2。
[0006]進一步地，所述的柵介質層由具有低介電常數的第一介質層和具有高介電常數的第二介質層疊加而成，所述第一介質層緊鄰所述有機半導體層，并且置于該有機半導體層與所述第二介質層之間，所述第二介質層置于所述柵電極與所述第一介質層之間。
[0007]進一步地，所述的第一介質層的介電常數小于3。
[0008]進一步地，所述的第二介質層常溫下的介電常數高于55，且在一定溫度范圍內具有介電常數對溫度敏感的特性。
[0009]進一步地，所述的第二介質層為弛豫鐵電聚合物材料，在一定溫度范圍內沒有鐵電效應。
[0010]進一步地，所述的有機薄膜晶體管既是開關器件，又是溫度信號轉換器。
[0011]進一步地，所述的溫度傳感器采用頂柵底接觸型結構，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半導體層，第四層為柵介質層，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構，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半導體層。
[0013]本發明的另一技術方案為:
[0014]—種基于有機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層和第一介質層構成所述柵介質層，之后在所述第一介質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半導體層。
[0015]本發明的又一技術方案為:
[0016]—種基于有機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半導體層，再在該有機半導體層上依次沉積出第一介質層和第二介質層構成所述柵介質層，最后在所述第二介質層上沉積所述柵電極。
[0017]本發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薄膜晶體管制備的，具有可大面積加工、制造成本低、產品周期短等優點。
[0019]第二，所述溫度傳感器具有柔韌性好等獨特優勢，對于人工智能、產品標等新型應用極具吸引力。
[0020]第三，本發明由于采用的柵絕緣層的電容較大，有機薄膜晶體管的亞閾值擺幅將很小，有利于器件低電壓工作，因此工作時操作電壓低，便于與光伏電池、紙電池、無線電波等電源系統集成，極大地拓展了所述溫度傳感器的應用方式。
[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，簡化了傳統的基于薄膜晶體管陣列外加傳感器的有源矩陣傳感設計。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一實施例的結構示意圖。
[0023 ]圖2是本發明一實施例在室溫下的電學特性。
[0024]圖3是本發明另一實施例的結構示意圖。
[0025]圖4是本發明另一實施例在室溫下的電學特性。
[0026]圖5是本發明第二介質層的柵電容在20Hz測試條件下對溫度的依賴關系圖。
[0027]圖6是本發明第二介質層的柵電容在20Hz測試條件下對溫度(從30°C至40°C)的響應恢復特性圖。
[0028]圖7是本發明的漏端輸出電流對溫度(從22°C至38°C)的響應恢復特性圖。
[0029]圖中，I襯底，2源電極，3漏電極，4有機半導體層，5第一介質層，6第二介質層，7柵電極。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，該實施例以本發明技術方案為前提給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。[0031 ] 實施例一
[0032]如圖1所示，圖示溫度傳感器包括:襯底1(優選塑料/紙襯底)、源電極2、漏電極3、有機半導體層4、柵介質層和柵電極7。所述基于有機薄膜晶體管的溫度傳感器采用頂柵底接觸型結構，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之間的有機半導體層4，第四層為柵介質層(包括第一介質層5和第二介質層6)，第五層為柵電極7。所述的有機薄膜晶體管既是開關器件，又是溫度信號轉換器。
[0033]所述的第四層的柵介質層具有大電容值且對溫度敏感，其電容大于lOOnF/cm2，該柵介質層由具有低介電常數的第一介質層5和具有高介電常數的第二介質層6疊加而成;其中，第一介質層5緊鄰有機半導體層4，也就是說置于該有機半導體層4與第二介質層6之間的位置，該第一介質層5的介電常數小于3;第二介質層6置于柵電極7與第一介質層5之間，而第二介質層6的介電常數在常溫下的最大值大于55;第二介質層6的優選材料為弛豫鐵電聚合物材料，在一定溫度范圍內沒有鐵電效應(即不會出現電滯回線)，但具有介電常數對溫度敏感的特性。整個器件典型的操作電壓小于5V，亞閾值擺幅小于0