专利名称：用于化学传感器应用的薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有化学敏感薄膜晶体管(TFT )的电子器件。所述器件可含有一种或多种不同种类的晶体管，并且可用于化合物如与爆炸性物质相关的挥发性化合物的检测、鉴别和/或量化。
背景技术：
TFT通常由基材、导电栅极、源极和漏极、将栅极与源极和漏极分开的电绝缘栅介电层，和与栅介电层接触并桥接源极和漏极的半导体层组成。其性能可通过总晶体管的场效应迁移率、电流开/关比来测定。可使用低成本的溶液图形化和沉积技术，如旋涂、溶液浇铸、浸涂、模板/丝网印刷、苯胺印刷、凹版印刷、胶版印刷、喷墨印刷、微接触印刷等制造有机薄膜晶体管(0TFT)。这种低成本使得OTFT可被用于处理电子器件可能会有利的应用中。对爆炸性化合物进行检测在国土安全应用和其它保护作用方面都是需要的。爆炸性化合物通常含有氮并且包括三硝基甲苯(TNT)、环三亚甲基三硝胺(RDX)和季戊四醇四硝酸酯(PETN)。一些化学战剂(warfare agent)也含有氮原子,如某些糜烂性毒剂(blisteragent)、神经毒剂(nerve agent)和失能性毒剂(incapacitating agent)。在一些家庭和工业应用中也需要从其它类似化合物中鉴别某些化合物。例如，化学传感器可指示一氧化碳过量。特定化合物的存在与否还可用于控制某些工业过程。检测特定污染物或副产物也可用于质量控制目的。利用OTFT的低成本可能性来实现一些上述化学传感功能将是有利的。
发明内容
本发明在一些实施方案中涉及特异性地或通过普通化学(general class orshared chemistry)检测、鉴别和/或量化某些化合物的电子器件。所述电子器件包括当接触不同化学物质时会产生不同信号(如载荷子迁移率的变化)的化学敏感晶体管。所述器件包括第一晶体管，任选包括对给定化合物(如挥发性物质)的响应不同的第二晶体管或其它晶体管。所述响应与所述晶体管的基线不同，而且独立于其它晶体管的响应而变化。可使用这种不同的响应来检测、鉴别和/或量化化合物。本发明一些实施方案中公开了用于检测和/或确定化学物质(如含氮爆炸性化合物的蒸汽)特征的系统。所述系统包括电子器件和分析仪。所述电子器件至少包括第一化学敏感薄膜晶体管。当接触不同化学物质时，所述第一晶体管产生载荷子迁移率的变化。因此，可使用这种变化来检测和/或鉴别所述化学物质。结合使用扫描器、读出器或分析仪来从电子器件获得信息，特别是确定所述化学物质的特征。更具体地讲，使用所述器件来检测或鉴别的化学物质选自含有一个或多个硝基的烃、氯化烃、醇和芳烃。在具体实施方案中，第一晶体管包括第一半导体层，第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管。在其它实施方案中，所述电子器件还包括第二晶体管。第二晶体管包括第二半导体层，其中第二半导体层包括第二半导体并且不含碳纳米管。第一和第二半导体层组成的不同使得当每个晶体管接触相同的化学物质时产生彼此不同的载荷子迁移率的变化。每个晶体管对不同化学物质的响应也不相同。两个晶体管之间不同响应的组合可用于化学物质间的进一步判别和/或辅助确认由所述晶体管之一单独产生的化学物质特征。可考虑将所述电子器件制成可通过互补的分析仪读数的模块形式。然后可处理该模块。使用分析仪处理由电子器件产生的信息。例如，分析仪可含有对于由电子器件产生的各种值的对照查询表、数据处理系统等。在一些实施方案中公开了用于确定化学物质的特定特征的电子器件。所述电子器件包括第一晶体管和第二晶体管。所述第一晶体管包括第一半导体层，所述第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管。所述第二晶体管包括第二半导体层，其中所述第二半导体层包括第二半导体并且不含有碳纳米管。每个晶体管对于不同的化学物质和/或不同的化学组合物具有独特的响应，例如载荷子迁移率的变化。这被用于确定化学物质的特定特征。所述第一半导体和所述第二半导体可以分别为聚噻吩。在一些实施方案中，第一半导体和第二半导体独立地具有式(I)的结构:
权利要求
1.一种用于确定化学物质的特征的系统，包括:至少包括第一化学敏感薄膜晶体管的电子器件，其中当接触不同的化学物质时，所述第一化学敏感晶体管产生载荷子迁移率的变化；和分析仪，所述分析仪与所述电子器件结合使用，从而根据载荷子迁移率的变化来确定所述化学物质的特征。
2.权利要求1的系统，其中所述第一晶体管包括第一半导体层，所述第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管。
3.权利要求2的系统，还包括第二晶体管，其中所述第二晶体管包括第二半导体层，其中所述第二半导体层包括第二半导体并且不含有碳纳米管。
4.权利要求3的系统，其中所述第一半导体和所述第二半导体独立地为具有式(I)结构的聚噻吩:
5.权利要求1的系统，其中所述化学物质选自含有一个或多个硝基的烃、氯化烃、醇和芳烃。
6.权利要求3的系统，其中所述第一半导体和所述第二半导体各自具有式(II)的结构:
7.权利要求2的系统，其中所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
8.权利要求2的系统，其中所述碳纳米管包括约I重量％至约50重量％的所述第一半导体层，基于所述第一半导体和所述碳纳米管的总重量计。
9.一种用于确定化学物质的特征的电子器件，所述器件包括第一晶体管和第二晶体管；其中所述第一晶体管包括第一栅极、第一源极、第一漏极和第一半导体层，所述第一半导体层包括第一半导体聚噻吩和碳纳米管；其中所述第二晶体管包括第二栅极、第二源极、第二漏极和第二半导体层，其中所述第二半导体层包括第二半导体聚噻吩并且不含有碳纳米管；其中当接触所述化学物质时，所述第一晶体管和所述第二晶体管产生载荷子迁移率的变化，从而指示所述化学物质。
10.权利要求9的电子器件，其中所述第一半导体聚噻吩和所述第二半导体聚噻吩独立地具有式(I)的结构:
11.权利要求10的电子器件，其中所述化学物质选自含有一个或多个硝基的烃、氯化烃、醇和芳烃。
12.权利要求9的电子器件，其中所述第一半导体聚噻吩和所述第二半导体聚噻吩各自具有式(II)的结构:
13.权利要求9的电子器件，其中所述碳纳米管为表面改性的碳纳米管。
14.权利要求9的电子器件，其中所述碳纳米管包括约I重量％至约50重量％的所述第一半导体层，基于所述第一半导体和所述碳纳米管的总重量计。
15.一种用于检测化学物质的方法，包括:提供至少包括第一晶体管的电子器件，所述第一晶体管包括第一半导体层；使所述电子器件接触蒸汽流以产生第一晶体管载荷子迁移率的变化；和使用分析仪检测所述电子器件的响应以确定特定化合物在蒸汽流中的存在，从而指示出所述化学物质的存在。
16.权利要求15的方法，其中所述化学物质为爆炸性化合物。
17.权利要求15的方法，其中所述第一半导体层包括第一半导体和碳纳米管；其中所述电子器件还包括第二晶体管，所述第二晶体管包括第二半导体层，其中所述第二半导体层包括第二半导体并且不含有碳纳米管；和其中检测响应包括比较所述第一晶体管和所述第二晶体管的载荷子迁移率的不同变化从而确定该特定化合物在蒸汽流中的存在。
18.权利要求17的方法，其中所述第一半导体和所述第二半导体为独立地具有式(I)结构的聚噻吩:
19.权利要求17的方法，其中所述第一半导体和所述第二半导体各自具有式(II)的结构:
20.权利要求17的方法，其中所述碳纳米管包括约I重量％至约50重量％的所述第一半导体层，基于所述第一半导体和所述碳纳米管的总重量计。
全文摘要
公开了化学传感器。所述化学传感器在一些具体实施方案中是包括第一晶体管和第二晶体管的电子器件。所述第一晶体管包括由第一半导体和碳纳米管制成的半导体层。所述第二晶体管包括由第二半导体制成并且不含有碳纳米管的半导体层。两个晶体管对于化学物质的响应不同，并且不同的响应可用于确定某些化学物质的特征。所述化学传感器可用作爆炸性化合物如三硝基甲苯(TNT)的一次性传感器。所述电子器件与加工由电子器件产生的信息的分析仪结合使用。
文档编号G01N27/414GK103076379SQ20121037147
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年10月4日
发明者吴贻良, 柳平, A·维格勒斯沃斯 申请人:施乐公司