專利名稱：一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器。
背景技術：
伴隨著有機半導體科學與技術的發(fā)展，科學家發(fā)現(xiàn)，很多有機半導體材料對一些有毒有害氣體，如NO2等具有極為敏感的響應，采用此類材料制備的傳感器具有極高的靈敏度。B. Bott 等人(B. Bott and Τ. A. Jones Sensors and Actuators 1984，5，43) 艮道了有機半導體材料酞菁鉛在100°C以上時可以感應到體積分數(shù)為億分之一的Ν02。這類傳感器通常采用在室溫基板上真空沉積有機小分子半導體方法制備。室溫基板導致有機半導體薄膜的通常為非晶或者質(zhì)量很差的多晶態(tài)，電導較低，信號不容易檢測。為提高薄膜的電導，不得不將薄膜厚度增加到幾百甚至上千納米。厚的薄膜使得敏感氣體，如NO2進出薄膜路徑增長，器件的響應/回復時間增加。為縮短器件的響應/回復時間，可以采用真空退火(Y. Sadaoka, T. A. Jones and W. Gopel，Sens. ActuatorsB1990, 1，148.)或者預先摻雜 (M. I. Newton, Τ. K. H. Starke, Μ. R. Willis and G. McHale, Sens. Actuators B 2000,67, 307)等方法，這就增加了器件制備的復雜性。此外，還可以直接將器件置于高溫環(huán)境中使用以縮短器件的響應/回復時間，但是這樣使得器件的使用環(huán)境受到極大限制。2007(Haibo Wang, Feng Zhu, Junliang Yang, Yanhou Geng, Donghang Yan, Advanced Materials 2007，19，2168)報道了在誘導層六聯(lián)苯表面采用弱外延生長(WEG)方法制備出類單晶的金屬酞菁薄膜。此方法制備的大尺寸連續(xù)的單分子層薄膜具有較高的電導。迄今為止，還沒有氣敏層采用弱外延生長的有機半導體薄膜的有機半導體氣體傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有有機半導體氣體傳感器中氣敏層為多晶或非晶薄膜，電導率低，厚度通常在幾百甚至上千納米，敏感氣體進出薄膜路徑長導致器件響應/回復時間長的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器。本發(fā)明的原理是基于弱外延生長的有機半導體薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導，利用這種超薄膜作為有機半導體氣體傳感器的氣敏層，可以大幅縮短敏感氣體分子進出氣敏層的路徑，使得器件在常溫環(huán)境下依然具有較短的響應/回復時間。本發(fā)明提供的一氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器包括第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器、第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器和第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器；所述的氣敏層是基于弱外延生長的有機半導體薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導，利用這種超薄膜作為有機半導體氣體傳感器的氣敏層。 圖1是本發(fā)明涉及的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。
(A)本發(fā)明涉及的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的構成如下由基板1，誘導層2，第一有機半導體層3，金屬電極5順次連接構成；所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系，所述弱外延關系是誘導層2的材料分子和第一有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系； 所述的基板1是絕緣材料，優(yōu)選玻璃，陶瓷，或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，優(yōu)選在表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片等。如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)或聚乙烯醇(PVA)等進行平滑。所述誘導層2的厚度不小于2納米，不大于10納米，其材料是六聯(lián)苯(P-6P)、2， 7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)和 2， 7- 二(4-4 ‘-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2-BPPh)中的一種。所述第一有機半導體層3其厚度不小于1. 5納米，不大于20納米；其材料是無金屬酞菁(H2Pc)或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁優(yōu)選酞菁銅(CuPc)、酞菁鎳 (NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁亞鐵(FePc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鉛(PbPc)和酞菁錫(SnPc) 中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體優(yōu)選酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氯鋁 (AlClPc)、酞菁二氯錫(SnC12Pc)、酞菁氧錫(SnOPc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)和全氟代酞菁鈷(F16CoPc)中的一種；圖2是本發(fā)明涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。(B)本發(fā)明的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的構成如下 由基板1、誘導層2、第一有機半導體層3、第二有機半導體層4、金屬電極5順次連接；所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系；所述的弱外延關系是誘導層2的材料分子和第一有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系；所述第一有機半導體層3的材料和有機半導體層4的材料相同，第一有機半導體層3是弱外延生長的類單晶薄膜，第二有機半導體層4是多晶薄膜；所述基板1的材料和處理方法同㈧；所述第一有機半導體層3的厚度不小于1. 5納米，小于20納米，材料同㈧；所述第二有機半導體層4的厚度大于0納米，不大于20納米；圖3是本發(fā)明涉及的第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。(C)本發(fā)明的第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的構成如下 基板1、誘導層2、第一有機半導體層3順次連接，第一有機半導體層3還與第二有機半導體層4、金屬電極5連接，金屬電極5還與第二有機半導體層4連接；所述的誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系；所述的弱外延關系是誘導層(2)的材料分子和第一有機半導體層(3)的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系；第一有機半導體層3是弱外延生長的類單晶薄膜，第二有機半導體層4是多晶薄膜；所述第一有機半導體層3的材料和有機半導體層4的材料相同；所述基板1的材料和處理方法同(A)；
所述第一有機半導體層3的厚度不小于1. 5納米，小于20納米，材料同㈧；所述第二有機半導體層4的厚度大于0納米，不大于20納米；本發(fā)明所涉及的有機半導體氣體傳感器可采用平面二極管的方式測量，即將金屬電極5分別作為二極管的正負電極進行測量。對于基板是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，還可以采用晶體管的方式測量，即將基底導電材料作為晶體管的柵電極，將電極5分別作為晶體管的源漏電極進行測量。本發(fā)明所涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器和第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，可以通過降低沉積第二有機半導體層4時的襯底溫度，使其生長生成多晶薄膜，由于多晶薄膜比類單晶薄膜具有更大的比表面積，可以吸附更多地敏感氣體，從而提高器件對氣體的敏感性。(I)本發(fā)明涉及的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器制法如下(1)基板1是絕緣材料，其為玻璃或陶瓷，或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，其為在表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片；如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 或聚乙烯醇(PVA)進行平滑；(2)在基板1表面真空沉積誘導層2，厚度不小于2納米，不超過10納米，材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)和2，7_ 二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_菲(F2-BPPh)中的一種；(3)在誘導層2表面真空沉積第一有機半導層3，所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系，所述弱外延關系是誘導層2的材料分子和有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系，第一有機半導層3的厚度不小于1. 5納米，不大于20納米，材料是無金屬酞菁(H2Pc)或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁為酞菁銅(CuPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁亞鐵 (FePc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鉛(PbPc)和酞菁錫(SnPc)中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、 酞菁氧錫(SnOPc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)和全氟代酞菁鈷 (F16CoPc)中的一種；(4)在有機半導體層3表面利用漏板真空沉積金屬電極5。其中，本底真空度不低于8. OX 10_4Pa，金屬電極沉積速率20納米/分鐘，其他材料的沉積速率1納米/分鐘。(II)本發(fā)明涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器制法如下(1)基板1是絕緣材料，為玻璃或陶瓷，或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，優(yōu)選在表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片；如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚乙烯醇(PVA)進行平滑；(2)在基板1表面真空沉積誘導層2，厚度不小于2納米，不超過10納米，材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)和2，7- 二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)-菲(F2-BPPh)中的一種；(3)在誘導層2表面真空沉積第一有機半導層3，所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層2的材料分子和有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系。第一有機半導層3的厚度不小于1. 5納米，不大于20納米，材料是無金屬酞菁(H2Pc)或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁為酞菁銅(CuPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁亞鐵 (FePc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鉛(PbPc)和酞菁錫(SnPc)中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、 酞菁氧錫(SnOPc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)和全氟代酞菁鈷 (F16CoPc)中的一種；(4)將襯底溫度降低至少50°C，然后在第一有機半導體層3的表面真空沉積第二有機半導層4，厚度大于O納米，不超過20納米，材料同第一有機半導體層3 ；(5)在第二有機半導體層4表面利用漏板真空沉積金屬電極5 ；金屬電極5的材料為金。其中，本底真空度不低于8. OX 10_4Pa，金屬電極沉積速率20納米/分鐘，其他材料的沉積速率1納米/分鐘。(III)本發(fā)明涉及的第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器制法如下(1)基板1是絕緣材料，為玻璃或陶瓷，或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，為在表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片；如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚乙烯醇(PVA)進行平滑；(2)在基板1表面真空沉積誘導層2，厚度不小于2納米，不超過10納米，材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)和2，7_ 二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_菲(F2-BPPh)中的一種；(3)在誘導層2表面真空沉積第一有機半導層3，所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系；所述弱外延關系是誘導層2的材料分子和有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系。第一有機半導層3的厚度不小于1. 5納米，不大于20納米，材料是無金屬酞菁(H2Pc)或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁為酞菁銅(CuPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁亞鐵 (FePc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鉛(PbPc)和酞菁錫(SnPc)中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、 酞菁氧錫(SnOPc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)和全氟代酞菁鈷 (F16CoPc)中的一種；(4)在第一有機半導體層3表面利用漏板真空沉積金屬電極5 ；金屬電極5的材料為金；(5)在第一有機半導體層3的表面真空沉積第二有機半導層4，襯底溫度比沉積有機半導體層3時低至少50°C，第二有機半導層4的厚度大于O納米，不大于20納米，材料同第一有機半導體層3。
其中，本底真空度不低于8. OX 10_4Pa，金屬電極沉積速率20納米/分鐘，其他材料的沉積速率1納米/分鐘。由于金屬電極先于有機半導體層4沉積，因此沉積有機半導體層4時會有部分有機半導體4沉積在金屬電極表面，這一點對器件的影響可以忽略不計。本發(fā)明所涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器和第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，通過降低沉積第二有機半導體層4時的襯底溫度，使其生長生成多晶薄膜，由于多晶薄膜比類單晶薄膜具有更大的比表面積，可以吸附更多地敏感氣體，從而提高器件對氣體的敏感性。有益效果本發(fā)明提供的氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器使用弱外延生長的有機半導體薄膜作為傳感器的氣敏層，克服現(xiàn)有有機半導體氣體傳感器中氣敏層為多晶或非晶薄膜，電導率低，厚度通常在幾百甚至上千納米，敏感氣體進出薄膜路徑長導致器件響應/回復時間長的缺點。由于弱外延生長的有機半導體薄膜是一種類單晶薄膜， 在幾個納米的厚度時依然保持較高的電導率。采用這種厚度僅為幾個納米的薄膜作為氣敏層，可以有效減少敏感氣體進出薄膜的時間，縮短器件的響應回復/時間。使用本發(fā)明提供的有機半導體氣體傳感器在室溫條件下即可以檢測體積分數(shù)為百萬分之五二氧化氮氣體， 并且響應/回復時間不大于5分鐘。此外，本發(fā)明提供的有機半導體氣體傳感器利用真空沉積方法一次性完成器件的制備，不需要退火等后續(xù)工藝，簡化了器件的制備過程。


圖1是本發(fā)明涉及的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。圖2是本發(fā)明涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。圖3是本發(fā)明涉及的第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的結構示意圖。圖4是在玻璃基板上依次真空沉積4納米p-6P和2納米的VOPc的原子力形貌圖。 從圖中可以看到VOPc生長形成大尺寸連續(xù)的薄膜。圖5是采用圖1所示構型的本發(fā)明涉及的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器室溫下在對體積分數(shù)為百萬分之五的二氧化氮(NO2)氣體的響應/回復曲線。其中，基板是玻璃，誘導層是P-6P，厚度6納米，有機半導體層3是VOPc，厚度3納米。圖6是采用圖2所示構型的本發(fā)明涉及的第二種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器室溫下在對體積分數(shù)為百萬分之五的二氧化氮(NO2)氣體的響應/回復曲線。其中，襯底溫度180°C，基板是SiO2，誘導層是p-6P，厚度6納米，有機半導體層3是 TiOPc，厚度2納米，襯底溫度降至100°C真空沉積有機半導體層4，材料同有機半導體層3， 厚度2納米。圖7是采用圖3所示構型的本發(fā)明涉及的第三種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器室溫下對體積分數(shù)為百萬分之五的二氧化氮(NO2)氣體的響應/回復曲線。 其中，襯底溫度180°C，基板是玻璃，誘導層是P-6P，厚度6納米，有機半導體層3是CuPc， 厚度2納米，襯底溫度降至50°C真空沉積有機半導體層4，材料同有機半導體層3，厚度1. 5 納米。
具體實施例方式以下所有實施例中采用無金屬酞菁(H2Pc)、酞菁銅(CuPc)，酞菁鎳(NiPc)，酞菁鈷 (CoPc)，酞菁亞鐵(FePc)，酞菁鋅(ZnPc)，酞菁鉛(PbPc)，酞菁錫(SnPc)，酞菁氧釩(VOPc)， 酞菁氧鈦(TiOPc)，酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、酞菁氧錫(SnOPc)，全氟代酞菁銅(F16CuPc),全氟代酞菁鋅(F16ZnPc),全氟代酞菁鈷(F16CoPc)，六聯(lián)苯(p_6P)2，7_ 二 (4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)，2，5-二(4-1，1' 4 ‘，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)，2，7-二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_菲(F2-BPPh)均為商業(yè)產(chǎn)品，購買后經(jīng)真空升華提純二次后使用。 玻璃，陶瓷，表面熱氧化生長形成二氧化硅(SiO2)的硅片，清洗后使用，聚甲基苯烯酸甲酯 (PMMA)，聚乙烯醇(PVA)，為商業(yè)化產(chǎn)品，購買后直接使用。實施例1本發(fā)明的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器的構型如圖1所示，具體制備方法如下(1)基板1是絕緣材料為玻璃或陶瓷，或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料為在表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片；如果基板表面的均方根粗糙度(RMS)大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚乙烯醇(PVA)進行平滑；(2)在基板1表面真空沉積誘導層2，厚度不小于2納米，不超過10納米，材料是六聯(lián)苯(p-6P)、2，7-二(4-聯(lián)苯基)-菲(BPPh)、2，5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩(3PT)和2，7_ 二 (4-4'-氟代聯(lián)苯基)_菲(F2-BPPh)中的一種；(3)在誘導層2表面真空沉積第一有機半導層3，所述誘導層2和第一有機半導體層3之間存在弱外延關系，所述弱外延關系是誘導層2的材料分子和有機半導體層3的材料分子之間的作用力是范德華力，并且兩種分子晶體晶格之間存在外延關系。第一有機半導層3厚度不小于1. 5納米，不大于20納米，材料是無金屬酞菁(H2Pc)或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁為酞菁銅(CuPc)、酞菁鎳(NiPc)、酞菁鈷(CoPc)、酞菁亞鐵 (FePc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鉛(PbPc)和酞菁錫(SnPc)中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧釩(VOPc)、酞菁氧鈦(TiOPc)、酞菁氯鋁(AlClPc)、酞菁二氯錫(SnCl2Pc)、 酞菁氧錫(SnOPc)、全氟代酞菁銅(F16CuPc)、全氟代酞菁鋅(F16ZnPc)和全氟代酞菁鈷 (F16CoPc)中的一種；(4)在有機半導體層3表面利用漏板真空沉積金屬電極5。金屬電極5的材料為
金 ；其中，本底真空度不低于8. OX 10_4Pa，金屬電極沉積速率20納米/分鐘，其他材料的沉積速率1納米/分鐘。圖5給出圖1所示結構的有機半導體氣體傳感器在二氧化氮體積分數(shù)為百萬分之五時的響應/回復曲線，其中基板是玻璃，誘導層2是6納米p-6P，有機半導體層3是VOPc， 厚度3納米。與參比器件比較，靈敏度從10左右提高到35，響應時間從30分鐘降低到5分鐘，回復時間從一小時以上降低至4. 5分鐘。所述的響應時間是從開始通N02開始到傳感器的電流值達到峰值50%所需時間，回復時間是停止通N02開始到傳感器的電流值減少到峰值50%所需的時間。此外，計算兩個傳感器的電導，采用本發(fā)明的傳感器的電導是10_5S/cm，較參比器件的電導10_8S/cm提高了 3個數(shù)量級。因此，采用本發(fā)明的有機半導體氣體傳感器可以有效提高器件的電導和靈敏度，縮短了器件的響應/回復時間。表1給出采用圖 1構型的有機半導體氣體傳感器的組成和二氧化氮體積分數(shù)為百萬分之五時的器件參數(shù)。表1給出了采用上述工藝并按表1的給定條件制備的第一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器組成及在二氧化氮體積分數(shù)為百萬分之五時器件參數(shù)。表 權利要求
1.氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器1、一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，所述的氣敏層是基于弱外延生長的有機半導體薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導，利用這種超薄膜作為有機半導體氣體傳感器的氣敏層；其特征在于， 其由基板(1)、誘導層(2)、第一有機半導體層(3)、金屬電極(5)順次連接構成；所述誘導層(2)和所述有機半導體層(3)之間存在弱外延關系，所述弱外延關系是誘導層(2)的材料分子與有機半導層(3)的材料分子之間是范德華力作用，并且二者晶體晶格之間存在外延關系，
2.按權利要求1所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述的基板(1)是絕緣材料或者是在導電材料表面覆蓋一層絕緣材料形成的復合材料，所述絕緣材料為玻璃或陶瓷，所述復合材料為表面熱生長形成一層二氧化硅的重摻雜的硅片；如果基板表面的均方根粗糙度大于1納米，需要用絕緣的聚合物涂層如聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇進行平滑；所述的誘導層(2)是六聯(lián)苯、2，7_ 二(4-聯(lián)苯基)-菲、2， 5-二(4-1，1' 4'，1〃 -三聯(lián)苯基)-噻吩和2，7-二(4-4'-氟代聯(lián)苯基)_菲中的一種；所述的第一有機半導體層(3)的材料是無金屬酞菁或含金屬酞菁及其官能化變體；含金屬的酞菁為酞菁銅、酞菁鎳、酞菁鈷、酞菁亞鐵、酞菁鋅、酞菁鉛和酞菁錫中的一種；含金屬的酞菁的官能化變體為酞菁氧釩、酞菁氧鈦、酞菁氯鋁、酞菁二氯錫、酞菁氧錫、全氟代酞菁銅、全氟代酞菁鋅和全氟代酞菁鈷中一種。
3.按權利要求1或2所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述的誘導層(2)的厚度不小于2納米，不大于10納米。
4.按權利要求1或2所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述的第一有機半導體層(3)的厚度不小于1. 5納米，不大于20納米。
5.一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，所述的氣敏層是基于弱外延生長的有機半導體薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導，利用這種超薄膜作為有機半導體氣體傳感器的氣敏層；其特征在于，其構成如下由基板(1)、誘導層(2)、第一有機半導體層(3)、第二有機半導體層(4)、金屬電極(5)順次連接；7所述誘導層(2)和第一有機半導體層(3)之間存在弱外延關系；所述第一有機半導體層(3)的材料和有機半導體層 (4)的材料相同，第一有機半導體層(3)是弱外延生長的類單晶薄膜，第二有機半導體層 (4)是多晶薄膜；所述弱外延關系是誘導層(2)的材料分子與有機半導層(3)的材料分子之間是范德華力作用，并且二者晶體晶格之間存在外延關系。
6.按權利要求5所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述的基板1的材料和處理方法、誘導層(2)、第一有機半導體層(3)的材料同權利要求 2。
7.按權利要求5或6所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述誘導層(2)的厚度不小于2納米，不大于10納米；所述的第一有機半導體層 (3)的厚度不小于1. 5內(nèi)米，小于20納米；所述第二有機半導體層(4)的厚度大于0納米， 不大于20納米。
8.一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，所述的氣敏層是基于弱外延生長的有機半導體薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導，利用這種超薄膜作為有機半導體氣體傳感器的氣敏層，其特征在于，其構成如下基板(1)、誘導層(2)、第一有機半導體層(3)順次連接，第一有機半導體層(3)還與第二有機半導體層(4)、金屬電極(5)連接， 金屬電極(5)還與第二有機半導體層(4)連接；所述的誘導層(2)和第一有機半導體層(3) 之間存在弱外延關系；第一有機半導體層(3)是弱外延生長的類單晶薄膜，第二有機半導體層(4)是多晶薄膜；所述第一有機半導體層3的材料和第二有機半導體層4的材料相同； 所述弱外延關系是誘導層(2)的材料分子與有機半導層(3)的材料分子之間是范德華力作用，并且二者晶體晶格之間存在外延關系。
9.按權利要求8所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述的基板1的材料和處理方法、誘導層(2)、第一有機半導體層(3)的材料同權利要求 2。
10.按權利要求8或9所述的一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜氣體傳感器，其特征在于，所述誘導層(2)的厚度不小于2納米，不大于10納米；所述第一有機半導體層(3) 的厚度不小于1. 5納米，小于20納米；所述第二有機半導體層(4)的厚度大于0納米，不大于20納米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣敏層采用弱外延有機半導體薄膜的氣體傳感器，利用弱外延生長的有機半導體單晶薄膜在單分子層厚度時依然保持較高的電導率的特點，采用厚度僅為幾個納米的弱外延生長的有機半導體薄膜作為氣敏層，可以有效減少敏感氣體進出薄膜的路徑，克服現(xiàn)有有機半導體氣體傳感器中氣敏層多為多晶或非晶薄膜，電導率低，厚度通常在幾百甚至上千納米，敏感氣體進出薄膜路徑長，器件響應/回復時間長的缺點。本發(fā)明提供的有機半導體氣體傳感器在室溫條件下即可以檢測體積分數(shù)為百萬分之五二氧化氮氣體，并且響應/回復時間不大于5分鐘。
文檔編號G01N27/02GK102221569SQ201110073530
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者王秀錦, 紀世良, 閆東航 申請人:中國科學院長春應用化學研究所