一種透明、柔性的光電傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種透明、柔性的光電傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可穿戴式醫(yī)療設(shè)備可探測(cè)各種人體生理信號(hào)。其中，脈搏信號(hào)是人體重要的生理參數(shù)，能夠反映出人體心臟和血管的功能狀況，是臨床上診斷疾病、觀察治療效果、進(jìn)行預(yù)后判斷的重要依據(jù)，因此對(duì)脈搏信號(hào)的連續(xù)測(cè)量在臨床和醫(yī)學(xué)研究中具有重要的意義。血液容積的脈動(dòng)變化反映心搏功能、血液流動(dòng)等諸多血管的主要信息，這種血液容積的脈動(dòng)性可通過(guò)光電傳感器進(jìn)行探測(cè)，該種方法被稱為光電容積脈搏波描記法，利用該技術(shù)制成的醫(yī)療設(shè)備中的核心部件包括光源與光電傳感器，光源發(fā)射的光經(jīng)過(guò)皮膚組織后與血液發(fā)生反射、吸收或者散射，光電傳感器將經(jīng)過(guò)皮膚組織后的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而完成對(duì)血液容積的脈動(dòng)情況的探測(cè)，該技術(shù)能夠擺脫傳統(tǒng)脈搏測(cè)試的束縛，佩戴舒適，并可對(duì)人體血壓進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。目前，基于光電容積脈搏波描記法的光電傳感器大都由硅(Si)和II1-V族半導(dǎo)體等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料制備而成。通過(guò)選取合適的材料合成方法，這些光電傳感器將具有可調(diào)的帶隙、可控的載流子迀移率、可變的電子缺陷態(tài)分布等電學(xué)特性。然而現(xiàn)有的光電傳感器仍存在探測(cè)光信號(hào)損耗嚴(yán)重、功耗大、靈敏度低及柔性程度不足等問(wèn)題。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種透明、柔性的光電傳感器及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有光電傳感器存在的光信號(hào)損耗嚴(yán)重、功耗大、靈敏度低及柔性程度不足等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種透明、柔性的光電傳感器，其中，依次包括:襯底、在所述襯底上設(shè)置的柔性材料層、在所述柔性材料層上設(shè)置的源漏電極，在所述源漏電極上和所述柔性材料層未覆蓋源漏電極區(qū)域上設(shè)置的有源層、在所述有源層上設(shè)置的介質(zhì)層、在所述介質(zhì)層上設(shè)置的柵電極，在所述柵電極上和所述介質(zhì)層未覆蓋柵電極區(qū)域上設(shè)置的保護(hù)層;其中，所述柵電極為銀納米線薄膜，所述介質(zhì)層為離子凝膠。
[0006]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述襯底為Si或Si02。
[0007]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述柔性材料層為聚酰亞胺。
[0008]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述源漏電極的材料為鉻金合金。
[0009]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述源漏電極的有源部分設(shè)計(jì)為叉指型結(jié)構(gòu)，連接部分設(shè)計(jì)為蛇形結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述有源層為電子給體材料和電子受體材料通過(guò)溶液共混形成的有機(jī)體異質(zhì)結(jié)。
[0011]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述電子給體材料為P3HT，所述電子受體材料為PCBM。
[0012]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述柵電極設(shè)計(jì)為蛇形結(jié)構(gòu)。
[0013]所述的透明、柔性的光電傳感器，其中，所述保護(hù)層為聚對(duì)二甲苯。
[0014]—種如上任一所述的透明、柔性的光電傳感器的制備方法，其中，包括步驟:
A、通過(guò)甩膠方式在襯底上制備柔性材料層；
B、通過(guò)真空蒸鍍方式在所述柔性材料層上制備源漏電極；
C、通過(guò)甩膠方式在所述源漏電極上和所述柔性材料層未覆蓋源漏電極區(qū)域上制備有源層；
D、通過(guò)甩膠方式在所述有源層上制備柵電極，再在所述柵電極上通過(guò)甩膠方式制備介質(zhì)層;其中，所述柵電極為銀納米線薄膜，所述介質(zhì)層為離子凝膠；
E、將D中的柵電極和介質(zhì)層一同取出，倒貼在有源層上，最后在柵電極上和介質(zhì)層未覆蓋柵電極區(qū)域上制備保護(hù)層，得到光電傳感器。
[0015]有益效果:本發(fā)明利用銀納米線薄膜作為柵電極，離子凝膠作為介質(zhì)層，從而提高光電傳感器的透光性及柔軟性，并大幅降低其功耗。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種透明、柔性的光電傳感器較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明源漏電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明光電傳感器分別在黑暗和光照情況下測(cè)得的轉(zhuǎn)移特性曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供一種透明、柔性的光電傳感器及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的一種透明、柔性的光電傳感器較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，自下而上依次包括:襯底1、在所述襯底I上設(shè)置的柔性材料層2、在所述柔性材料層2上設(shè)置的源漏電極(源漏電極包括源電極3和漏電極4)，在所述源漏電極上和所述柔性材料層2未覆蓋源漏電極區(qū)域上設(shè)置的有源層5、在所述有源層5上設(shè)置的介質(zhì)層6、在所述介質(zhì)層6上設(shè)置的柵電極7，在所述柵電極7上和所述介質(zhì)層6未覆蓋柵電極7區(qū)域上設(shè)置的保護(hù)層8;其中，所述柵電極7為銀納米線薄膜，所述介質(zhì)層6為離子凝膠。
[0021]本發(fā)明所述柵電極為銀納米線薄膜，這是由于銀納米線是一種具有高導(dǎo)電率的材料，可用來(lái)制作透明、柔性的電極。本發(fā)明所述介質(zhì)層為離子凝膠(離子液體)，離子凝膠是由低摩爾質(zhì)量的陽(yáng)離子和陰離子組成的，可以作為一種高電容柵介質(zhì)。柵介質(zhì)的電容是衡量光電晶體管性能好壞的重要參數(shù)。離子液體在電解質(zhì)/電極的接觸面形成雙電層結(jié)構(gòu)，因而具有較大的電容值，此外其還具有寬的電化學(xué)窗口，從而提高了制得的光電傳感器的性能。本發(fā)明利用銀納米線薄膜作為柵電極，離子凝膠作為介質(zhì)層，從而提高光電傳感器的透光性及柔軟性，并大幅降低其功耗。
[0022]優(yōu)選地，本發(fā)明所述襯底可以為但不限于Si或S12等硅材料。所述柔性材料層優(yōu)選為聚酰亞胺，這是由于有機(jī)高分子材料聚酰亞胺具有柔性、透光性好、耐高溫、高絕緣性、無(wú)毒等特點(diǎn)。
[0023]優(yōu)選地，本發(fā)明所述源漏電極的材料為鉻金合金。其中，所述源漏電極包括源電極和漏電極，即所述源電極和漏電極的材料均為鉻金合金，這是由于該材料的電極不僅具有較好的導(dǎo)電性能，還能確保電極在襯底上的粘附能力。進(jìn)一步地，如圖2所示，本發(fā)明所述源漏電極的有源部分設(shè)計(jì)為叉指型結(jié)構(gòu)12，源漏電極的連接部分設(shè)計(jì)為蛇形結(jié)構(gòu)。即本發(fā)明源電極11和漏電極9的有源部分設(shè)計(jì)為叉指型結(jié)構(gòu)12，這是因?yàn)楸景l(fā)明的有機(jī)光電傳感器為光晶體管結(jié)構(gòu)，根據(jù)光晶體管的工作原理可知，為獲得高光電增益G，源漏間的溝道長(zhǎng)度L越小越好，并且為了在低電壓下盡可能獲得大的電流，應(yīng)選擇大的寬長(zhǎng)比(W/L)，因此，本發(fā)明將源電極11和漏電極9的有源部分設(shè)計(jì)為叉指形結(jié)構(gòu)12，從而可獲得高光電增益的有機(jī)光電傳感器。本發(fā)明源電極11和漏電極9的連接部分設(shè)計(jì)為蛇形結(jié)構(gòu)，這是由于蛇形結(jié)構(gòu)的漏電極9和源電極11可有效提升光電晶體管的柔性和拉伸性能。
[0024]優(yōu)選地，本發(fā)明所述有源層為電子給體材料和電子受體材料通過(guò)溶液共混形成的有機(jī)體異質(zhì)結(jié)，選用所述有機(jī)體異質(zhì)結(jié)材料體系作為有源層材料，可顯著提高制備的光電傳感器的光電轉(zhuǎn)換能力，擴(kuò)展光信號(hào)的波長(zhǎng)探測(cè)范圍，提高光電增益。更優(yōu)選地，本發(fā)明所述電子給體材料可以為PDQT，所述電子受體材料可以為PCBMWDQT為共軛聚合物，其分子式位poly(N_alkyl diketopyrrolo-pyrrole dithienylthieno[3,2_b]th1phene)，該聚合物的骨架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)電子施主和電子受主單元交替排列的特征，從而形成“推-拉”式電子官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，分子的自組裝能力大為提升，分子排列更為規(guī)整，由其構(gòu)成的晶體管器件顯示高的載流子迀移率。PCBM是一個(gè)富勒稀衍生物，分子式是[6