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Advanced Materials Technologies:基于光補償有機晶體管電路的高信噪比化學傳感器

2019-11-08

有機半導體材料具有質輕、柔性和化學敏感等優點,基于有機半導體的電子傳感器在用于探測環境分析物,尤其是氣體分析物時,具有響應快速、便攜易控等特點。但是有機半導體的化學敏感性具有兩面性,一方面使得它易于和待分析物發生反應,能迅速的反映到有機傳感器電學性能的變化;另一方面卻使得它容易受到環境中其它非目標分析物的影響,如氧氣和水等,都會使得有機電子器件在工作時性能衰退,影響其作為傳感器的精準度。

同濟大學材料學院黃佳教授和美國約翰霍普金斯大學教授Howard Katz合作,提出了利用光照補償有機電子器件在空氣中的性能衰退,使得基于該有機電子器件的氣體傳感器的探測噪音大大減少,同時保持了較高的探測靈敏度,相關研究成果發表于《Advanced Materials Technologies》。該論文描述了一種新穎的穩定有機電子器件的方法,將基于兩種同核心不同側鏈有機半導體的場效應晶體管通過串聯或并聯的方式連接起來,其中一個晶體管元件在黑暗中工作,另一個晶體管在光照下工作。由于空氣中氧氣和水的作用,以及有機場效應晶體管的偏壓不穩定性,器件的工作性能會隨時間衰退。此時通過調節光照強度,可使光照下的場效應晶體管誘導出載流子,補償晶體管的性能衰退,從而有機晶體管電路在一定時間內具有足夠的空氣穩定性。將該光補償有機傳感器電路分別用于探測空氣中的二氧化氮和氨氣,發現相比于單個晶體管傳感器,前者在保持較高的探測靈敏度的同時,工作穩定性有大幅提高。該傳感電路對二氧化氮和氨氣也表現出了一定的探測選擇性。從理論上來說,該方法適用于其他多種有機半導體材料,可用于提高有機氣體傳感器的穩定性。該論文中首次采用了串并聯有機晶體管電路設計和光補償性能衰退的方法來提升有機電子器件的穩定性,下一步工作將繼續優化光補償有機晶體管的設計,并用于其它化學分析物的傳感。

(來源:MaterialsViews中國



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