有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光敏傳感器，尤其是涉及一種基于有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于有機場效應(yīng)晶體管(OFET)的光敏傳感器性能優(yōu)異，應(yīng)用廣泛，包括光探測，光開關(guān)，光觸發(fā)放大器以及圖案成像等。然而傳統(tǒng)的OFET光敏傳感器要求有機半導(dǎo)體材料本身兼具較高的迀移率和良好的光敏性能，如此高的要求限制了 OFET光敏傳感器的大規(guī)模推廣應(yīng)用。另一方面，利用OFET器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計也可以得到具備優(yōu)異性能的傳感器，如美國斯坦福大學(xué)鮑哲南團隊報道了一種基于具有復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷(PDMS介電層的0FET，該OFET具有非常高的壓力敏感性能。我們團隊也報道了一種利用OFET中介電層和有機半導(dǎo)體層界面作用制備的溫敏傳感器，能夠應(yīng)用于人工皮膚的溫度感知。通過這些方式得到的傳感器不再要求有機半導(dǎo)體本身對刺激或信號的敏感性能，因此具有廣泛的材料適用性。而且，基于這種方式的光敏傳感器還沒有被報道過。
[0003]兼具柔性和生物安全性的光敏傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景，如John A.Rogers報道了使用柔性光敏傳感器仿照昆蟲的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，制備出了具備寬視角、低像差等優(yōu)異性能的柔性球面成像設(shè)備；他還報道了將生物安全的微型LED光源、光敏傳感器等電子器件集成在一起介入到小鼠的大腦，從而開創(chuàng)性地研宄了生物體神經(jīng)系統(tǒng)的光遺傳行為。然而，上述器件中使用的材料包括PDMS和無機硅基半導(dǎo)體材料，其生物安全性和柔性都有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有優(yōu)異的光敏性能且兼具生物安全性的有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器及制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器，包括:
[0007]作為介電層的PLA薄膜，
[0008]在PLA薄膜底部蒸鍍的金薄膜作為柵電極，
[0009]在PLA薄膜頂部蒸鍍有機半導(dǎo)體層作為導(dǎo)電層，
[0010]在導(dǎo)電層頂部蒸鍍相互隔絕的金薄膜作為源極和漏極。
[0011]所述的PLA薄膜厚度為1-5 μ mo
[0012]作為柵電極的金薄膜厚度為50-100nmo
[0013]所述的有機半導(dǎo)體層的厚度為50-100nm，材質(zhì)為二萘并噻吩酮。
[0014]所述的源極和漏極之間的距離為10-500 μπι。
[0015]有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器的制備方法，采用以下步驟:
[0016]a)基底的清潔處理:使用丙酮，異丙醇依次超聲清洗硅片基底，然后用無水乙醇和去離子水沖洗，最后用氮氣吹干襯底表面；
[0017]b)基底的表面防粘處理:將體積濃度為1-5%的(十三氟-1，1，2，2-四氫辛烷)-三氯硅烷(FOTS)在氯仿中的溶液旋涂到上述洗凈的硅片表面作為防粘層；
[0018]c)在7X 10_4Pa的真空下將金熱蒸鍍到硅片上形成柵電極；
[0019]d)將c)的產(chǎn)物豎直置于50g/L的PLA氯仿溶液中，以15 μ m/s的速率緩慢提拉離開溶液表面，得到作為OFET介電層的PLA薄膜；
[0020]e)在7X 10_4Pa的真空下，將二萘并噻吩酮熱蒸發(fā)到上述PLA薄膜上；
[0021]f)使用c)相同的方法，利用掩膜版遮擋的方式將金熱蒸鍍到e)的產(chǎn)物上，作為OFET的源極與漏極電極；
[0022]g)將PLA薄膜從有FOTS處理的硅片上揭下，得到柔性光敏傳感器。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]1、采用PLA和DNTT分別作為OFET的襯底暨介電層和有機半導(dǎo)體材料，由于PLA中的化學(xué)極性基團對DNTT中的載流子具有吸引捕獲效應(yīng)，而這種效應(yīng)能受光照的影響，從而使得制備的OFET具備光敏性能，光開關(guān)比達到14倍，可用作光敏晶體管，并能應(yīng)用于圖案成像；
[0025]2、制備的OFET兼具柔性和生物相容性，將器件卷在半徑小于800 μπι的物體上還能保持正常性能；PLA本身是生物相容性優(yōu)異的高分子材料，而DNTT占OFET的質(zhì)量分數(shù)不足I %，因此OFET整體的生物安全性良好，器件的萃取液與L929細胞的共培養(yǎng)實驗中，細胞的成長率均高于80% ；
[0026]3、本技術(shù)制備工藝簡單，無需精密的制備儀器，成本低廉，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明制備的OFET工作性能，即其輸出特性曲線。
[0028]圖2為本發(fā)明制備的OFET的柔性展示，其迀移率隨卷曲半徑的變化情況。
[0029]圖3為本發(fā)明制備的OFET的生物相容性展示，與其共培養(yǎng)細胞的成長率。
[0030]圖4為采用本技術(shù)制備柔性O(shè)FET的光敏性能，即其轉(zhuǎn)移特性曲線隨光強的變化。
[0031]圖5為采用本技術(shù)制備的柔性O(shè)FET在不加場電壓時作為光敏晶體管的輸出特性曲線。
[0032]圖6為采用本技術(shù)制備的柔性O(shè)FET光敏傳感器對五角星圖案的成像應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0034]實施例1
[0035]一種有機場效應(yīng)晶體管的生物安全柔性光敏傳感器，包括作為介電層，厚度為1-5 μ m的PLA薄膜，在PLA薄膜底部蒸鍍厚度為50_100nm的金薄膜作為柵電極，在PLA薄膜頂部蒸鍍厚度為50-100nm，材質(zhì)為二萘并噻吩酮有機半導(dǎo)體層作為導(dǎo)電層，在導(dǎo)電層頂部蒸鍍相互隔絕的金薄膜作為源極和漏極，源極和漏極之間的距離為10-500 μπι。
[0036]Au柵電極通過掩膜版遮擋后熱蒸鍍，其寬度略大于頂部Au源極與漏極之間的溝道寬度，既保證溝道中的有機半導(dǎo)體都處于場電壓中，又盡量減少底柵電極與頂部源極/漏極之間的重疊，減少OFET器件擊穿漏電的風(fēng)險。OFET中使用的介電材料PLA與有機半導(dǎo)體材料DNTT的分子式如圖二所示。PLA分子量為10-20萬，購置后使用溶解沉淀的方法提純后使用，溶劑為氯仿，沉淀劑為甲醇。DNTT按下述步驟合成:
[0037]步驟1，所有的化學(xué)試劑純度均為分析純。四氫呋喃在使用前都經(jīng)過除水處理，所有反應(yīng)均在無水無氧環(huán)境下進行，使用氬氣保護。將2.87mL(21mmol)的三甲基乙二胺加入到35mL的四氫呋喃中，在零下30°C與正丁基鋰的正己烷溶液(濃度1.59M，13.2mL)混合。在同樣溫度下攪拌混合溶液15分鐘后，緩慢滴加(5分鐘加完)2_萘甲醛的四氫呋喃溶液(2.0g 2-萘甲醛加入到1mL四氫呋喃中)，之后再加入24.15mL濃度為38.4mmol的正丁基鋰正己烷溶液，在零