气敏感测设备与系统以及检测环境中的氧气的方法与流程

本发明涉及感测技术，具体涉及一种气敏感测设备、包括所述气敏感测设备的气敏感测系统以及检测环境中的氧气的方法。

背景技术：

随着科技的发展，tft(薄膜晶体管，thinfilmtransistor)的用途也越来越广，但在气敏方面的应用却是很少。tft气敏传感器与传统的气敏传感器不同，它是一种多参数传感器，包括电导率、迁移率、载流子浓度等，其精度较高，体积更小，可用于一些对体积要求较高的环境中。现有的tft气敏传感器都是通过气体分子与有源层进行选择性反应，来检测某一个或某几个参数的变化进而实现对气体的检测。

然而，在tft气敏传感器的检测过程中，气体分子与有源层直接反应，会对有源层造成损伤，使tft性能受到影响。此外，目前还没有看到用于检测氧气的tft气敏传感器的相关研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于tft器件的气敏感测设备、气敏感测系统以及检测环境中的氧气的方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种气敏感测设备，包括：薄膜晶体管器件，其包括有源层、源极以及漏极；以及气敏层，其与所述有源层相接合，所述气敏层由对氧气有吸附作用并能够与氧气结合以产生电子的材料构成，或者，所述气敏层由能够与氧气反应以产生电子的材料构成，所述气敏层产生的电子能够被所述有源层接收。

优选地，所述气敏层为膜状。从而，能够增大该气敏感测设备的接触表面积，从而增加有源层接收的电子。

优选地，所述气敏层由多孔状的铁卟啉构成。多孔状的铁卟啉能够吸附氧气，使其二价铁变为三价铁，从而释放电子，并被有源层接收。

优选地，所述气敏层覆盖在所述薄膜晶体管器件的有源层上。从而，增大了气敏层与有源层的接触表面积，以致增加有源层接收的电子，此外，气敏层覆盖在所述薄膜晶体管器件的有源层上使得气敏层可以作为有源层的保护层，保护有源层不受损伤。

优选地，所述气敏层涂覆在所述薄膜晶体管器件的有源层上。

优选地，当本发明的气敏感测设备具体应用于薄膜晶体管显示器件时，所述气敏层与所述有源层接合的面积可以为与3-10个rgb像素对应的薄膜晶体管阵列部分的面积。也就是说，气敏层无需覆盖整个薄膜晶体管阵列的有源层，降低了气敏感测系统的成本。

本发明另一方面还提供了一种气敏感测系统，包括：上述的气敏感测设备；以及电流检测设备，其配置为检测所述薄膜晶体管器件的源极与漏极之间的电流。由此，实现了对氧气的检测。

优选地，本发明的气敏感测系统进一步包括：存储模块，其配置为预先存储所述薄膜晶体管器件的源极与漏极之间的电流与氧气浓度之间的关系；气体浓度计算模块，其配置为基于所述关系，根据所述电流检测设备检测出的所述源极与所述漏极之间的电流来计算当前环境下的氧气浓度。

本发明再一方面还提供了一种利用上述的气敏感测设备检测环境中的氧气的方法，包括：

将电流检测设备连接在所述薄膜晶体管器件的源极与漏极之间；由所述电流检测设备检测所述源极与所述漏极之间的电流；根据检测出的电流计算当前环境下的氧气浓度。

优选地，该方法进一步包括：预先存储所述薄膜晶体管器件的源极与漏极之间的电流与氧气浓度之间的关系；以及基于所述关系，根据检测出的所述源极与所述漏极之间的电流来计算当前环境下的氧气浓度。

根据本发明提供的气敏感测方案，通过与有源层相接合的由对氧气有吸附作用并能够与氧气结合以产生电子的材料构成，或者，由能够与氧气反应以产生电子的材料构成的气敏层，并且该气敏层产生的电子能够被所述有源层接收，可以使用电流检测设备作为外围检测设备来检测薄膜晶体管器件的源极与漏极之间的电流，由此检测出环境中的氧气的浓度，同时通过气敏层保护了有源层，延长了器件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的气敏感测设备的结构示意图。

图2为本发明一具体实施方式的气敏感测设备的tft器件底栅的结构示意图。

图3为图2所示的tft器件底栅的基础上增加有源层的结构示意图。

图4为图3所示的结构的基础上增加了气敏层的结构示意图。

图5为本发明另一实施例的气敏感测设备的阵列的俯视透视图。

图6为本发明再一个实施例提供的一种检测环境中的氧气的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1为本发明实施例的气敏感测设备的结构示意图。如图1所示的气敏感测设备，包括：tft器件和气敏层70。其中，tft器件包括有源层60、源极50以及漏极40，气敏层70与有源层60接合，气敏层70由对氧气有吸附作用并能够与氧气结合以产生电子的材料构成，或者，由能够与氧气反应以产生电子的材料构成，气敏层70产生的电子能够被有源层60接收。

由此，根据该气敏感测设备的结构，氧气浓度的变化会导致气敏层所产生的电子数量不同，继而导致有源层接收的电子数量不同，造成源极与漏极之间的电流变化。

这种电流的变化可以使用作为外围检测设备的电流检测设备(图中未示出)而被检测到。在本发明一实施例提供的气敏感测系统中，包括了本发明实施例的气敏感测设备以及一电流检测设备，电流检测设备连接在tft器件的源极50与漏极40之间，当气敏层70产生的电子被有源层60接收时，可检测到源极50与漏极40之间的电流变化。电流检测设备可以用例如电化学测试仪的微电流检测设备来实现，但是其不作为对电流检测设备的限定。

在本发明一实施例提供的气敏感测系统中，还可以包括气体浓度计算模块。气体浓度计算模块能够基于预先存储的tft器件的源极与漏极之间的电流与氧气浓度之间的关系，根据所述电流检测设备检测出的所述源极与所述漏极之间的电流来计算当前环境下的氧气浓度。

其中，tft器件的源极与漏极之间的电流与氧气浓度之间的关系可以是通过实验而得到并预先存储在一存储模块中，气体浓度计算模块在获取了电流检测设备检测出的所述源极与所述漏极之间的电流之后，通过存储模块中存储的上述关系计算出当前环境下的氧气浓度。

图2为本发明实施例的气敏感测设备的tft器件底栅的结构示意图。图3为图2所示的tft器件底栅的基础上增加有源层的结构示意图。图4为图3所示的结构的基础上增加了气敏层的结构示意图。

下面，以本发明应用于tft显示器件为例对本发明实施例的气敏感测设备进行说明。

在液晶显示面板的制造过程中，显示面板分为背光源，背板和彩膜。在背板和彩膜之间有液晶(liquidcrystal)。液晶显示面板(lcd)的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置tft(薄膜晶体管)，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过tft上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。在制造过程中有一道工艺过程为背板与彩膜的贴合，该工艺要在真空环境下进行，真空环境中的氧气浓度过高会对显示屏的性能有一定的影响。而贴合设备中检测真空度的传感器一般是监测整个环境的真空度，很少用于对氧气的检测。本发明实施例的气敏感测设备解决了这一技术问题。

如图2所示，示出了tft器件底栅结构，包括：基板1、栅极2、栅极绝缘层3、漏极4和源极5。在tft显示显示器件中，基板1具体可以为玻璃基板，其为承载上方驱动电路的透明玻璃。栅极2为tft开关的栅极，主要作用是控制漏极源极之间导通沟道的夹断和导通电阻。漏极4可发射电流供源极5接收。源极5，可接收来自漏极4的电流，本实施例的气敏感测设备中，源极5不仅可以接收来自漏极4的电流，还可接收气敏层7传递给有源层6的电子或空穴，引起电流变化。

此外，制作本实施例中所示的tft器件底栅结构，其制作流程可以为：以栅极->栅极绝缘层->源漏极->有源层的顺序依次制备。

有源层6由栅极电压控制生成反型层，作为导电沟道，在漏极4和源极5之间起到开关作用。如图3所示，有源层6覆盖在漏源电极4、5的上方。

如图4所示，气敏层7与有源层6相接合，气敏层7对氧气有吸附作用并能够与氧气结合以产生电子的材料构成，或者，由能够与氧气反应以产生电子的材料构成，气敏层7产生的电子能够被有源层6接收，从而引起漏源极4和5之间的电流变化。

能够很好地实现本发明的气敏感测设备的性能的气敏层7的材料例如为多孔状的铁卟啉，其能够吸附氧气，与氧气结合，使其二价铁变为三价铁，从而释放电子，并被有源层6接收。此外，可选地，气敏层7的材料为生物蛋白酶材料。生物蛋白酶在适当的温度的环境下能够与氧气进行反应，从而产生电子以供给到有源层6。

气敏层7例如为膜状，这样能够增大与氧气的接触表面积，从而增加其与氧气结合或反应而产生的电子。

实现多孔状的铁卟啉膜覆盖在有源层上方法例如可以包括旋涂法、蒸发法、lb法(langmuir-blodgett)等。

旋涂法：旋转涂抹法的简称，主要有设备为匀胶机，旋涂法包括：配料，高速旋转，挥发成膜三个步骤，通过控制匀胶的时间，转速，滴液量以及所用溶液的浓度、粘度来控制成膜的厚度。在该结构中，可以将多孔状铁卟啉用dmso(二甲基亚砜)溶解，用旋涂法进行涂覆。

蒸发法：用易蒸发的溶剂溶解某种溶质，在适当温度下进行蒸发，可以得到均匀的溶质膜。将多孔状铁卟啉溶解于dmso(二甲基亚砜)中，在适当温度下(约100℃)进行热蒸发，蒸发完全后，可得到均匀的铁卟啉膜。

lb膜法：一种构建有机有序超薄分子膜的技术。该技术简单便捷，并且能够在分子水平操纵和控制膜的有序性、厚度和均匀性。与液相不相容的表面活性物质会在液相表面形成单分子层，通过增加压力，使分子紧密排列，形成类似固体的单分子层。这时，将适当的固体基片浸入或移出液相时，可把单分子层从液相转移到固体表面，形成lb膜。

此外，气敏层7例如被设置为覆盖在有源层6上。从而，增大了气敏层7与有源层6的接触表面积，以致增加有源层6接收的电子，提高检测的精度。此外，气敏层可以作为有源层的保护层，保护有源层不受损伤。

在本发明的较佳实施例中，气敏层7可以由多孔状的铁卟啉构成，形成为膜状，并覆盖在有源层6的表面上。

图5为本发明另一实施例的气敏感测设备的阵列的俯视透视图。图5中，源极500、漏极400、栅极200在有源层600之下，并且气敏层700在有源层600上端，并与有源层600接合。在该实施例中，将气敏感测设备并联而形成了阵列的形式，能够增加检测的电流强度，减小测量误差。

在本实施例中，气敏层7与有源层6接合的面积例如可以为与3-10个rgb像素对应的tft阵列部分的面积。即，气敏层无需覆盖整个tft阵列的有源层，降低了气敏感测系统的成本。

上述各实施例的气敏感测设备的结构可以集成到显示面板的背板上，在背板的制造过程中，可以将该结构做在合适的位置而不影响整个玻璃基板的规划，也不会影响设备的生产。在背板与彩膜贴合过程中将该结构与作为电流检测设备的外围检测设备接通，直接检测待贴合部位的氧气浓度，检测的精度更高。

下面，将描述本发明再一个实施例提供的一种利用本发明实施例的气敏感测设备检测环境中的氧气的方法。

如图6所示，该方法包括：

s101，将电流检测设备连接在实施例的气敏感测设备中的tft器件的源极与漏极之间。

s102，由电流检测设备检测源极与漏极之间的电流。

s103，根据检测出的电流计算当前环境下的氧气浓度。

由此，实现了对环境中的氧气的检测。

在本发明实施例的方法的一优选实施例中，在步骤s103之后，可以进一步包括：

s104，预先存储该tft器件的源极与漏极之间的电流与氧气浓度之间的关系；以及

s105，基于所述关系，根据检测出的源极与漏极之间的电流来检测当前环境下的氧气浓度。

从而，能够精确地计算出环境中的氧气的浓度。

关于本发明实施例方法的具体细节的未详尽描述之处，可以参照本发明实施例的气敏感测设备以及气敏感测系统的详细描述。

本发明不局限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。