本发明属于有机光电传感器领域，特别涉及一种温度控制开关的有机异质结光敏场效应晶体管及其制备方法。
背景技术：
近些年来，有机半导体器件发展迅速，其中有机场效应晶体管表现出了诸多相比无机场效应晶体管更优秀的特性；有机场效应晶体管具有制备工艺简单，有机半导体材料可以在低温下成膜，设备成本低，采用有机半导体可以实现柔性、可弯曲的器件，可以实现大面积低成本的快速成膜等优势；目前有许多采用光敏材料制备的有机场效应晶体管具有吸收光子改变器件输出电流的作用，但由于光敏有机材料迁移率低，且金属和半导体接触势垒较高，光敏有机场效应晶体管的应用受到一定限制，通过在电极和有机半导体层之间制备一层缓冲层可以解决上述问题。提高器件的集成度是集成电路中重要的思想，场效应晶体管是由电压控制开关的器件，通过制备光敏层可以使得器件具有感光性，可作为光敏探测器；在实际应用中，对温度的传感同样相对重要，使有机场效应晶体管具有温度控制开关的功能，并依靠有机场效应晶体管各方面特有的优势，可使得有机场效应晶体管具有更广泛的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种温度控制开关的有机异质结光敏场效应晶体管及其制备方法，提高现有光敏有机场效应晶体管的性能，并使其具有温度控制开关的功能。
本发明提供的一种温度控制开关的有机异质结光敏场效应晶体管，其结构如图1所示，包括衬底(1)、开关电极(2)、栅电极(3)、绝缘层(4)、光敏有机半导体层(5)、电子传输层(6)、第一缓冲层(701)、第二缓冲层(702)、源电极(801)、漏电极(802)、第一封装层(9)、第二封装层(10)；
其中：开关电极位于衬底之上，栅电极位于开关电极之上，绝缘层位于栅电极之上，光敏有机半导体层位于绝缘层之上，电子传输层位于光敏有机半导体层之上，光敏有机半导体层和电子传输层形成体异质结；第一缓冲层、第二缓冲层分别位于光敏有机半导体上方两侧，中间未覆盖缓冲层部分形成沟道；源电极、漏电极分别位于第一缓冲层、第二缓冲层之上，宽度与第一缓冲层、第二缓冲层相等；第一封装层、第二封装层依此叠加在制备好第一缓冲层、第二缓冲层、源电极和漏电极的光敏有机半导体层之上,所述的开关电极的相变温度在35-78摄氏度；关电极相变前后电阻率相差104倍以上。
该传感器中，构成衬底的材料为玻璃；构成开关电极的材料为由具有相变性质的二氧化钒；构成栅电极的材料为金属金、金属银、金属铝中的任意一种或多种；构成绝缘层的材料为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯；构成光敏有机半导体层的材料为酞箐铜；构成电子传输层的材料为C60；构成第一缓冲层和第二缓冲层的材料为Bphen；构成源电极和漏电极的材料为金属银；构成第一封装层的材料为聚对二甲苯，构成第二封装层的材料为苯并环丁烯。
本发明提供的制备上述一种温度控制开关的有机薄膜场效应晶体管的方法，包括如下步骤：
1)在衬底上制备开关电极；
2)在所述步骤1)得到的开关电极之上制备栅电极；
3)在所述步骤2)得到的栅电极之上制备绝缘层，并对其进行退火处理；
4)在所述步骤3)得到的绝缘层上制备光敏有机半导体层；
5)在所述步骤4)得到的光敏有机半导体层上制备电子传输层；
6)在所述步骤5)得到的电子传输层上，通过光刻的方式在电子传输层两侧分别制备第一缓冲层和第二缓冲层；
7)在所述步骤6)得到的第一缓冲层和第二缓冲层上分别制备源电极和漏电极；
8)在所述步骤1)-7)得到的器件上制备第一封装层和第二封装层。
衬底：将玻璃衬底依此放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗15min，用氮气吹干；
开关电极：制备开关电极的方法为溶胶-凝胶法，将五氧化二钒加热到860度形成熔融状并倒入蒸馏水，配成浓度为6wt％溶胶，通过旋涂的方式制备薄膜，旋涂速度为450转/分，旋涂时间为30秒，并将旋涂好五氧化二钒薄膜的衬底在480度下退火两小时形成二氧化钒薄膜。
栅电极：采用真空热蒸镀的方法制备栅电极，选取金属金、金属银、金属铝中的任意一种或多种作为加热源材料，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速率为1埃/秒。
聚乙烯醇绝缘层：将配好浓度为25wt％聚乙烯醇水溶液旋涂在栅电极上，转速为4000rpm，旋涂好的聚乙烯醇放在365nm波长(8W)紫外光下照射10min，并放在200℃的真空干燥箱中交联2小时，然后在60℃下退火30min。
聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层：将配好浓度为9wt％聚甲基丙烯酸甲酯水溶液旋涂在栅电极上，转速为3000rpm，并放入80℃的真空干燥箱中2小时。
光敏有机半导体层：采用真空热蒸镀的方法制备，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.5埃到1埃每秒之间。
电子传输层：采用真空热蒸镀的方法制备，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.1埃每秒。
第一缓冲层和第二缓冲层：采用真空热蒸镀的方法制备，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为1埃每秒。
源电极和漏电极：采用真空热蒸镀的方法制备，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.1埃每秒。
第一封装层：将二氯对二甲苯二聚体在100℃下蒸发，蒸汽经过一个750℃高温区裂解，最后在室温下沉积在衬底表面，形成均匀透明薄膜，气压保持在10-2帕斯卡以下。
第二封装层：采用旋涂的方式制备，旋涂速度2000rpm，旋涂好后在250℃氮气环境下进行固化处理，升温速率10℃/min，降温速率5℃/min。
本发明的技术分析：
二氧化钒具有热致相变的特点，相变前后，光学、电学性质发生变化，低温相为绝缘态，高温相为金属态，伴有大量自由电子；采用光敏材料和具有相变性质二氧化钒制备的有机场效应晶体管同时具有光传感特性和温度开关特性，将多种功能集成于单个有机半导体器件不仅提升了器件的实用性，还提高了电路的集成度；选择Bphen作为源漏电极的缓冲层提高了器件整体的输出电流，改善了现有的有机场效应晶体管输出电流小的问题；采用聚对二甲苯和苯并环丁烯混合封装的有机场效应晶体管相比于现有的单层封装的有机场效应晶体管，大大延长了器件的寿命，且不影响原有器件的特性。
附图说明
图1为本发明提供的一种温度控制开关的有机异质结光敏场效应晶体管的结构示意图。
图中，1为衬底、2为开关电极、3为栅电极、4为绝缘层、5为光敏有机半导体层、6为电子传输层、701为第一缓冲层、702为第二缓冲层、801为源电极、802为漏电极、9为第一封装层、10为第二封装层。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明提供的制备上述一种温度控制开关的有机薄膜场效应晶体管的方法，包括如下步骤：
1)将玻璃衬底依此放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗15min，用氮气吹干，放入恒温干燥箱中，将五氧化二钒加热到860度形成熔融状并倒入蒸馏水，配成浓度为6％溶胶，通过旋涂的方式制备薄膜，旋涂速度为450rpm，旋涂时间为30秒，并将旋涂好五氧化二钒薄膜的衬底在480度下退火两小时形成二氧化钒薄膜；
2)在所述步骤1)得到的开关电极之上采用真空热蒸镀的方法制备栅电极，选取金属金、金属银、金属铝中的任意一种或多种作为加热源材料，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速率为1埃/秒；
3)在所述步骤2)得到的栅电极之上制备绝缘层，将配好浓度为25wt％聚乙烯醇水溶液旋涂在栅电极上，转速为4000rpm，旋涂好的聚乙烯醇放在365nm波长(8W)紫外光下照射10min，并放在200℃的真空干燥箱中交联2小时，然后在60℃下退火30min；
4)在所述步骤3)得到的绝缘层上采用真空热蒸镀的方法制备光敏有机半导体层，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.5埃到1埃每秒之间；
5)在所述步骤4)得到的光敏有机半导体层上制备电子传输层用真空热蒸镀的方法，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.1埃每秒；
6)在所述步骤5)得到的电子传输层上，通过光刻的方式在电子传输层两侧分别蒸镀第一缓冲层和第二缓冲层，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为1埃每秒；
7)在所述步骤6)得到的第一缓冲层和第二缓冲层上分别蒸镀源电极和漏电极，真空度为3×10-4帕斯卡以下，蒸镀速度为0.1埃每秒；
8)在所述步骤1)-7)得到的器件上制备第一封装层，将二氯对二甲苯二聚体在100℃下蒸发，蒸汽经过一个750℃高温区裂解，最后在室温下沉积在衬底表面，形成均匀透明薄膜，气压保持在10-2帕斯卡以下。
9)在所述步骤7)得到的第一封装层上，采用旋涂的方式制备第二封装层，旋涂速度2000rpm，旋涂好后在250℃氮气环境下进行固化处理，升温速率10℃/min，降温速率5℃/min。
实施例2
将步骤3)改为在所述步骤2)得到的栅电极之上制备绝缘层，将配好浓度为9wt％聚甲基丙烯酸甲酯水溶液旋涂在栅电极上，转速为3000rpm，并放入80℃的真空干燥箱中2小时；其余与实施例1制备方法完全相同，该传感器的形貌以及器件性能与实施例1相同。