一种基于有机薄膜晶体管的温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温度传感器，具体涉及一种基于有机薄膜晶体管的温度传感器及其制备方法，属于有机电子器件制备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着诸如物联网、智能监控、人工皮肤等新型智能应用技术的出现，将信息时代推向了 “亿万传感器”时代，低成本的具有不同功能的传感器受到越来越多的关注。由于温度指标对环境变化、生化过程控制、人体感知等有着显著的影响，因此温度传感器是众多类型的传感器中极其重要的一种。另一方面，随着有机电子技术领域的兴起以及印刷技术的进步，使得能够大面积、低成本地制造具有柔性特性的有机薄膜晶体管成为可能。得益于该技术的发展，基于有机薄膜晶体管的温度传感器将具有十足的吸引力和极大的应用需求。然而现阶段基于有机薄膜晶体管的温度传感器存在着操作电压高(>20V)、难以柔性化、有源矩阵工艺复杂等不足。尤其对于诸如电子皮肤之类的应用来讲，亟需能够低电压操作(〈5V)的柔性温度传感器。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种基于有机薄膜晶体管的温度传感器，其栅介质层中使用具有高介电常数且在一定温度范围内介电常数对温度敏感的绝缘材料，并且器件实现低电压工作(低于5V)。本发明的另一目的是，提供一种基于有机薄膜晶体管的温度传感器的制备方法。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]—种基于有机薄膜晶体管的温度传感器，其器件工作电压低于5V且无电学迟滞效应，包括衬底、源电极、漏电极、有机半导体层、栅介质层和栅电极，所述栅介质层具有大电容值且对温度敏感，该栅介质层的电容大于lOOnF/cm2。
[0006]进一步地，所述的栅介质层由具有低介电常数的第一介质层和具有高介电常数的第二介质层叠加而成，所述第一介质层紧邻所述有机半导体层，并且置于该有机半导体层与所述第二介质层之间，所述第二介质层置于所述栅电极与所述第一介质层之间。
[0007]进一步地，所述的第一介质层的介电常数小于3。
[0008]进一步地，所述的第二介质层常温下的介电常数高于55，且在一定温度范围内具有介电常数对温度敏感的特性。
[0009]进一步地，所述的第二介质层为弛豫铁电聚合物材料，在一定温度范围内没有铁电效应。
[0010]进一步地，所述的有机薄膜晶体管既是开关器件，又是温度信号转换器。
[0011]进一步地，所述的温度传感器采用顶栅底接触型结构，自下而上依次第一层为所述衬底，第二层为所述源电极和漏电极，第三层为置于所述源电极与漏电极之间的所述有机半导体层，第四层为栅介质层，第五层为所述栅电极。
[0012]或者，所述的温度传感器采用底栅底接触型结构，自下而上依次第一层为所述衬底，第二层为所述栅电极，第三层为栅介质层，第四层为所述源电极和漏电极，第五层为置于所述源电极与漏电极之间的所述有机半导体层。
[0013]本发明的另一技术方案为:
[0014]—种基于有机薄膜晶体管的温度传感器的制备方法，其采用溶液法加工，包括:在所述衬底上打印出所述栅电极，再依次沉积出第二介质层和第一介质层构成所述栅介质层，之后在所述第一介质层上分别打印出所述源电极和漏电极，最后在所述源电极与漏电极之间沉积形成有机半导体层。
[0015]本发明的又一技术方案为:
[0016]—种基于有机薄膜晶体管的温度传感器的制备方法，包括:在所述衬底上制作所述源电极和漏电极，在所述源电极与漏电极之间沉积形成所述有机半导体层，再在该有机半导体层上依次沉积出第一介质层和第二介质层构成所述栅介质层，最后在所述第二介质层上沉积所述栅电极。
[0017]本发明取得了如下有益效果:
[0018]第一，所述的温度传感器是基于有机薄膜晶体管制备的，具有可大面积加工、制造成本低、产品周期短等优点。
[0019]第二，所述温度传感器具有柔韧性好等独特优势，对于人工智能、产品标等新型应用极具吸引力。
[0020]第三，本发明由于采用的栅绝缘层的电容较大，有机薄膜晶体管的亚阈值摆幅将很小，有利于器件低电压工作，因此工作时操作电压低，便于与光伏电池、纸电池、无线电波等电源系统集成，极大地拓展了所述温度传感器的应用方式。
[0021]第四，所述温度传感器器件本身具有晶体管和温度传感器双重工作模式，简化了传统的基于薄膜晶体管阵列外加传感器的有源矩阵传感设计。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一实施例的结构示意图。
[0023 ]图2是本发明一实施例在室温下的电学特性。
[0024]图3是本发明另一实施例的结构示意图。
[0025]图4是本发明另一实施例在室温下的电学特性。
[0026]图5是本发明第二介质层的栅电容在20Hz测试条件下对温度的依赖关系图。
[0027]图6是本发明第二介质层的栅电容在20Hz测试条件下对温度(从30°C至40°C)的响应恢复特性图。
[0028]图7是本发明的漏端输出电流对温度(从22°C至38°C)的响应恢复特性图。
[0029]图中，I衬底，2源电极，3漏电极，4有机半导体层，5第一介质层，6第二介质层，7栅电极。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，该实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。[0031 ] 实施例一
[0032]如图1所示，图示温度传感器包括:衬底1(优选塑料/纸衬底)、源电极2、漏电极3、有机半导体层4、栅介质层和栅电极7。所述基于有机薄膜晶体管的温度传感器采用顶栅底接触型结构，自下而上依次第一层为衬底I，第二层为源电极2与漏电极3，第三层为置于所述源电极2与漏电极3之间的有机半导体层4，第四层为栅介质层(包括第一介质层5和第二介质层6)，第五层为栅电极7。所述的有机薄膜晶体管既是开关器件，又是温度信号转换器。
[0033]所述的第四层的栅介质层具有大电容值且对温度敏感，其电容大于lOOnF/cm2，该栅介质层由具有低介电常数的第一介质层5和具有高介电常数的第二介质层6叠加而成;其中，第一介质层5紧邻有机半导体层4，也就是说置于该有机半导体层4与第二介质层6之间的位置，该第一介质层5的介电常数小于3;第二介质层6置于栅电极7与第一介质层5之间，而第二介质层6的介电常数在常温下的最大值大于55;第二介质层6的优选材料为弛豫铁电聚合物材料，在一定温度范围内没有铁电效应(即不会出现电滞回线)，但具有介电常数对温度敏感的特性。整个器件典型的操作电压小于5V，亚阈值摆幅小于0