有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光敏传感器，尤其是涉及一种基于有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]基于有机场效应晶体管(OFET)的光敏传感器性能优异，应用广泛，包括光探测，光开关，光触发放大器以及图案成像等。然而传统的OFET光敏传感器要求有机半导体材料本身兼具较高的迀移率和良好的光敏性能，如此高的要求限制了 OFET光敏传感器的大规模推广应用。另一方面，利用OFET器件的结构设计也可以得到具备优异性能的传感器，如美国斯坦福大学鲍哲南团队报道了一种基于具有复杂微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS介电层的0FET，该OFET具有非常高的压力敏感性能。我们团队也报道了一种利用OFET中介电层和有机半导体层界面作用制备的温敏传感器，能够应用于人工皮肤的温度感知。通过这些方式得到的传感器不再要求有机半导体本身对刺激或信号的敏感性能，因此具有广泛的材料适用性。而且，基于这种方式的光敏传感器还没有被报道过。
[0003]兼具柔性和生物安全性的光敏传感器具有广泛的应用前景，如John A.Rogers报道了使用柔性光敏传感器仿照昆虫的复眼结构，制备出了具备宽视角、低像差等优异性能的柔性球面成像设备；他还报道了将生物安全的微型LED光源、光敏传感器等电子器件集成在一起介入到小鼠的大脑，从而开创性地研宄了生物体神经系统的光遗传行为。然而，上述器件中使用的材料包括PDMS和无机硅基半导体材料，其生物安全性和柔性都有待提高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优异的光敏性能且兼具生物安全性的有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器及制备方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器，包括:
[0007]作为介电层的PLA薄膜，
[0008]在PLA薄膜底部蒸镀的金薄膜作为栅电极，
[0009]在PLA薄膜顶部蒸镀有机半导体层作为导电层，
[0010]在导电层顶部蒸镀相互隔绝的金薄膜作为源极和漏极。
[0011]所述的PLA薄膜厚度为1-5 μ mo
[0012]作为栅电极的金薄膜厚度为50-100nmo
[0013]所述的有机半导体层的厚度为50-100nm，材质为二萘并噻吩酮。
[0014]所述的源极和漏极之间的距离为10-500 μπι。
[0015]有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器的制备方法，采用以下步骤:
[0016]a)基底的清洁处理:使用丙酮，异丙醇依次超声清洗硅片基底，然后用无水乙醇和去离子水冲洗，最后用氮气吹干衬底表面；
[0017]b)基底的表面防粘处理:将体积浓度为1-5%的(十三氟-1，1，2，2-四氢辛烷)-三氯硅烷(FOTS)在氯仿中的溶液旋涂到上述洗净的硅片表面作为防粘层；
[0018]c)在7X 10_4Pa的真空下将金热蒸镀到硅片上形成栅电极；
[0019]d)将c)的产物竖直置于50g/L的PLA氯仿溶液中，以15 μ m/s的速率缓慢提拉离开溶液表面，得到作为OFET介电层的PLA薄膜；
[0020]e)在7X 10_4Pa的真空下，将二萘并噻吩酮热蒸发到上述PLA薄膜上；
[0021]f)使用c)相同的方法，利用掩膜版遮挡的方式将金热蒸镀到e)的产物上，作为OFET的源极与漏极电极；
[0022]g)将PLA薄膜从有FOTS处理的硅片上揭下，得到柔性光敏传感器。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0024]1、采用PLA和DNTT分别作为OFET的衬底暨介电层和有机半导体材料，由于PLA中的化学极性基团对DNTT中的载流子具有吸引捕获效应，而这种效应能受光照的影响，从而使得制备的OFET具备光敏性能，光开关比达到14倍，可用作光敏晶体管，并能应用于图案成像；
[0025]2、制备的OFET兼具柔性和生物相容性，将器件卷在半径小于800 μπι的物体上还能保持正常性能；PLA本身是生物相容性优异的高分子材料，而DNTT占OFET的质量分数不足I %，因此OFET整体的生物安全性良好，器件的萃取液与L929细胞的共培养实验中，细胞的成长率均高于80% ；
[0026]3、本技术制备工艺简单，无需精密的制备仪器，成本低廉，便于大规模生产。
【附图说明】
[0027]图1为本发明制备的OFET工作性能，即其输出特性曲线。
[0028]图2为本发明制备的OFET的柔性展示，其迀移率随卷曲半径的变化情况。
[0029]图3为本发明制备的OFET的生物相容性展示，与其共培养细胞的成长率。
[0030]图4为采用本技术制备柔性OFET的光敏性能，即其转移特性曲线随光强的变化。
[0031]图5为采用本技术制备的柔性OFET在不加场电压时作为光敏晶体管的输出特性曲线。
[0032]图6为采用本技术制备的柔性OFET光敏传感器对五角星图案的成像应用。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0034]实施例1
[0035]一种有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器，包括作为介电层，厚度为1-5 μ m的PLA薄膜，在PLA薄膜底部蒸镀厚度为50_100nm的金薄膜作为栅电极，在PLA薄膜顶部蒸镀厚度为50-100nm，材质为二萘并噻吩酮有机半导体层作为导电层，在导电层顶部蒸镀相互隔绝的金薄膜作为源极和漏极，源极和漏极之间的距离为10-500 μπι。
[0036]Au栅电极通过掩膜版遮挡后热蒸镀，其宽度略大于顶部Au源极与漏极之间的沟道宽度，既保证沟道中的有机半导体都处于场电压中，又尽量减少底栅电极与顶部源极/漏极之间的重叠，减少OFET器件击穿漏电的风险。OFET中使用的介电材料PLA与有机半导体材料DNTT的分子式如图二所示。PLA分子量为10-20万，购置后使用溶解沉淀的方法提纯后使用，溶剂为氯仿，沉淀剂为甲醇。DNTT按下述步骤合成:
[0037]步骤1，所有的化学试剂纯度均为分析纯。四氢呋喃在使用前都经过除水处理，所有反应均在无水无氧环境下进行，使用氩气保护。将2.87mL(21mmol)的三甲基乙二胺加入到35mL的四氢呋喃中，在零下30°C与正丁基锂的正己烷溶液(浓度1.59M，13.2mL)混合。在同样温度下搅拌混合溶液15分钟后，缓慢滴加(5分钟加完)2_萘甲醛的四氢呋喃溶液(2.0g 2-萘甲醛加入到1mL四氢呋喃中)，之后再加入24.15mL浓度为38.4mmol的正丁基锂正己烷溶液，在零