基于双异质诱导的超薄酞菁锌薄膜NO2传感器的研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunsand
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酞菁锌(ZnPc)是一种典型的p型有机半导体材料,与氧化性或还原性气体相互作用时可以导致载流子浓度的增加或减少,从而导致材料电导率的变化,是一种良好的室温有机半导体气敏材料。近几年来基于酞菁材料的有机薄膜晶体管(OTFT)气体传感器得到了高速发展。为了改进酞菁锌的成膜质量,获得稳定性好和灵敏度高的NO2气体传感器,本文构建了双异质诱导结构,制备了p-6P/α-6T/ZnPc双异质结构的OTFT气体传感器,研究了衬底温度和薄膜厚度对NO2气敏性的影响。发现双异质诱导有利于形成有序的酞菁锌薄膜,同时p-6P/α-6T/ZnPc界面形成的p-p同型累积异质结有利于提高载流子密度,为有机薄膜晶体管气体传感器的发展提供了新的思路。主要研究成果如下:(1)以覆盖有二氧化硅绝缘层的硅片做基底,利用真空蒸镀的方法,首先制备了p-6P/α-6T异质结OTFT气体传感器。利用AFM和XRD对比研究了p-6P/α-6T薄膜和单层α-6T薄膜的形貌和结晶性,发现p-6P对α-6T有外延生长的作用,能使α-6T晶粒之间融合的更好,同时发现这种异质结器件对NO2有良好的气敏性,为下一步诱导生长酞菁锌薄膜奠定了基础。(2)以p-6P/α-6T为双异质诱导层,研究了对酞菁锌OTFT传感器的作用,通过改变ZnPc衬底温度和薄膜厚度研究了对传感器性能的影响因素。发现当ZnPc衬底温度为120℃,沉积厚度为7 nm时制备的p-6P/α-6T/ZnPc OTFT的迁移率为0.022cm2/Vs,阈值电压为16.8 V,电流开关比可以达到104。与p-6P/ZnPc这种单层诱导的器件相比迁移率提高了两个数量级,开关比提高了一个数量级。并且传感器对浓度小于10 ppm的NO2气体仍有良好的气敏性,检测极限为500 ppb,灵敏度高达587%/ppm,器件重复性也很好。
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