本发明涉及有机晶体管传感器制备，尤其涉及一种氨气检测的柔性有机晶体管阵列及其制备方法。
背景技术：
1、气体传感器作为一种检测装置，能够将所感知的气体信息按一定规律转换为电信号输出，从而满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。气体传感器广泛应用于工业生产检测和人类的日常生活中，特别对于二氧化硫、氯气、一氧化碳、氨气等有毒气体的探测是必不可少的。
2、以有机晶体管作为气体传感器是利用有机材料对目标分析气体理想的识别能力，通过一系列电学参数的变化(载流子浓度、阈值电压、电流开关比等)来完成对气体信息的检测。有机晶体管质量轻，成本低，具有优异的气敏特性，能够在室温下工作以满足传感器的低能耗需求，实现便携式实时气体传感；此外，有机材料还具有良好的机械柔韧性和生物相容性，因此，有机晶体管气体传感器在可穿戴电子产品领域受到越来越多的关注。
3、事实上，与有机晶体管气体传感器相比，以无机金属氧化物作为活性材料的传感器更加稳定，这是由于有机材料的性能容易受到化学相互作用、光激发、尺寸变形等的影响。而且有机半导体层表面与接触目标分析气体之间的非共价相互作用不强，导致有机晶体管气体传感器普遍出现较低的灵敏度和响应度。因此，亟需合成性能更加优异的有机敏感材料或开发新的器件结构来推动该研究领域的快速发展。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：本发明的目的是提供一种能够提高晶体管对氨气检测的响应度和灵敏度的氨气检测的柔性有机晶体管阵列及其制备方法。
2、技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种氨气检测的柔性有机晶体管阵列，用于检测氨气，包括衬底、栅极、介电层、有机小分子半导体异质结、源极和漏极，所述栅极覆盖所述衬底的一面，所述介电层覆盖所述栅极背向所述衬底的一面；所述有机小分子半导体异质结包括上层材料和下层材料，所述下层材料覆盖所述所述介电层背向所述栅极的一面，所述上层材料覆盖所述下层材料背向所述介电层的一面，所述源极和所述漏极覆盖所述上层材料背向所述下层材料的一面的一部分。
3、进一步地，所述衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯或所述聚酰亚胺的厚度为0.05～0.175毫米。
4、进一步地，所述栅极的材料为氧化铟锡，所述氧化铟锡的膜厚度为200～300纳米。
5、进一步地，所述介电层的材料为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的膜厚度为600～900纳米。聚乙烯吡咯烷酮具有良好的柔韧性、低毒性和生物兼容性；聚乙烯吡咯烷酮与有机蒸镀沉积的8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩之间具有良好的界面接触，有利于在其表面低温沉积大面积高质量的有机材料，提高晶体管阵列对氨气传感的稳定性。
6、进一步地，所述下层材料为8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩，所述8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩的厚度为30～50纳米。
7、进一步地，所述上层材料为并五苯、6,13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、2,9-二癸基萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩和双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩中的任意一种，所述上层材料的厚度为10～100纳米。
8、进一步地，所述源极和漏极为au电极，所述au电极的厚度为70纳米。
9、进一步地，所述上层材料、所述源极和所述漏极均为叉指结构。设置有机小分子半导体异质结的上层材料叉指图形化，增加有机材料与氨气之间的接触面积，进而提高有机异质结晶体管的性能。
10、一种氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，具体步骤如下：
11、步骤1：提供衬底，通过直流磁控溅射、溶胶-凝胶法或真空热蒸镀的方式，在衬底表面沉积透明导电薄膜作为栅极；
12、步骤2：将聚乙烯吡咯烷酮颗粒、甲基化聚(三聚氰胺-co-甲醛)交联剂和丙二醇甲醚醋酸酯溶液按质量比为2：1：6～2：1：14，混合在磁力搅拌机中，制备得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；
13、步骤3：将所述聚乙烯吡咯烷酮溶液旋涂在所述栅极背向所述衬底的一面上，随后通过烘箱加热形成介电层；
14、步骤4：在所述介电层背向所述栅极的一面通过有机真空热蒸镀工艺沉积有机半导体异质结，所述有机小分子半导体异质结包括上层材料和下层材料，所述下层材料覆盖所述介电层背向所述栅极的一面，所述上层材料覆盖所述下层材料背向所述介电层的一面；
15、步骤5：通过磁控溅射工艺在所述上层材料背向所述下层材料的一面沉积金属薄膜，形成源极和漏极，得到氨气检测的柔性有机晶体管阵列。
16、进一步地，步骤1执行前还包括将衬底片依次浸入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水内，后在室温环境下，使用超声清洗器对衬底片进行超声处理，超声处理后再用氮气枪吹干衬底。
17、进一步地，步骤1中的所述衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯或所述聚酰亚胺的厚度为0.05～0.175毫米。
18、进一步地，步骤1中的所述栅极的材料为氧化铟锡，所述氧化铟锡的膜厚度为200～300纳米。
19、进一步地，步骤3中的所述介电层的材料为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的膜厚度为600～900纳米。
20、进一步地，步骤4中的所述下层材料为8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩，所述8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩的厚度为30～50纳米。
21、进一步地，步骤4中的所述上层材料为并五苯、6,13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、2,9-二癸基萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩和双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩中的任意一种，所述上层材料的厚度为10～100纳米。
22、进一步地，步骤5中的述源极和漏极为au电极，所述au电极的厚度为70纳米。
23、一种氨气检测装置，包括氨气检测的柔性有机晶体管阵列。
24、有益效果：本发明利用有机小分子半导体异质结对氨气进行感知，与基于单层有机材料的晶体管相比，对于具有叠层结构的有机小分子半导体异质结，8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩膜能够促进表面有机小分子材料的生长，位于上层的有机小分子材料能够增强源极和漏极到下层材料8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩的空穴载流子注入，从而提高阵列器件对氨气检测的响应度和灵敏度。
1.一种氨气检测的柔性有机晶体管阵列，用于检测氨气，其特征在于，包括衬底、栅极、介电层、有机小分子半导体异质结、源极和漏极，所述栅极覆盖所述衬底的一面，所述介电层覆盖所述栅极背向所述衬底的一面；所述有机小分子半导体异质结包括上层材料和下层材料，所述下层材料覆盖所述介电层背向所述栅极的一面，所述上层材料覆盖所述下层材料背向所述介电层的一面，所述源极和所述漏极覆盖所述上层材料背向所述下层材料的一面的一部分。
2.根据权利要求1所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯或所述聚酰亚胺的厚度为0.05～0.175毫米。
3.根据权利要求1所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述栅极的材料为氧化铟锡，所述氧化铟锡的膜厚度为200～300纳米。
4.根据权利要求1所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述介电层的材料为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的膜厚度为600～900纳米。
5.根据权利要求1所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述下层材料为8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩，所述8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩的厚度为30～50纳米。
6.根据权利要求5所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述上层材料为并五苯、6,13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、2,9-二癸基萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩和双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩中的任意一种，所述上层材料的厚度为10～100纳米。
7.根据权利要求1所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述源极和漏极为au电极，所述au电极的厚度为70纳米。
8.根据权利要求6或7所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列，其特征在于，所述上层材料、所述源极和所述漏极均为叉指结构。
9.一种氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
10.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤1执行前还包括将衬底片依次浸入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水内，后在室温环境下，使用超声清洗器对衬底片进行超声处理，超声处理后再用氮气枪吹干衬底。
11.根据权利要求10所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤1中的所述衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯或所述聚酰亚胺的厚度为0.05～0.175毫米。
12.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤1中的所述栅极的材料为氧化铟锡，所述氧化铟锡的膜厚度为200～300纳米。
13.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤3中的所述介电层的材料为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的膜厚度为600～900纳米。
14.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中的所述下层材料为8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩，所述8-苯并噻吩二甲基苯并噻吩的厚度为30～50纳米。
15.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤4中的所述上层材料为并五苯、6,13-双(三异丙硅基乙炔基)并五苯、2,9-二癸基萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩和双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩中的任意一种，所述上层材料的厚度为10～100纳米。
16.根据权利要求9所述的氨气检测的柔性有机晶体管阵列的制备方法，其特征在于，步骤5中的所述源极和漏极为au电极，所述au电极的厚度为70纳米。
