一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法 (High-stability temperature sensor for body temperature monitoring and preparation method thereof ) 是由 范惠东 杨根杰 潘博闻 于军胜 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法,属于本发明涉及温度传感器领域,有机半导体层引入一定量的大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯之后,利用大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯对油脂的抗氧化性和疏水性,器件的寿命得到了显著的提高,增强了其稳定性；与现有的封装之后的晶体管类型的皮肤传感器相比,由于大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯的引入,使得器件免于二次封装,有效的降低了晶体管器件的厚度,实现了传感器的微型化；在有机半导体层引入二丁基羟基甲苯之后,有效的改变了有机半导体层薄膜的形貌,减少了有机半导体层的缺陷态密度。(The invention discloses a high-stability temperature sensor for body temperature monitoring and a preparation method thereof, belonging to the field of temperature sensors.A certain amount of soybean isoflavone and dibutyl hydroxy toluene are introduced into an organic semiconductor layer, and then the oxidation resistance and hydrophobicity of the soybean isoflavone and dibutyl hydroxy toluene to grease are utilized, so that the service life of a device is obviously prolonged, and the stability of the device is enhanced; compared with the existing packaged transistor type skin sensor, due to the introduction of the soybean isoflavone and the dibutyl hydroxy toluene, the device is free from secondary packaging, the thickness of the transistor device is effectively reduced, and the miniaturization of the sensor is realized; after the dibutyl hydroxy toluene is introduced into the organic semiconductor layer, the appearance of the organic semiconductor layer film is effectively changed, and the defect state density of the organic semiconductor layer is reduced.)
技术领域
本发明涉及温度传感器领域，具体涉及一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法，属于电子元器件技术领域。
背景技术
人体是一个非常精密的系统，稳定的体温对于维持人体体内各种酶的活性有着非常重要的意义，温度过低过高都会导致人体内部环境发生重大的变化，使人体处于非正常状态，可能会对身体造成不可逆的损伤。
健康的人体会自动调节体温，通过产生热量或者散发热量保持温度的相对平稳，而亚健康或者生病的个体会由于身体处于非正常状态，无法保持正常的体温。所以，通过检测身体的温度，我们可以了解自身的健康状况。现在用于体温监测的传感器，大多是基于热胀冷缩物理现象的传统水银温度计，或者更先进的热敏电阻和红外式温度传感器。这其中，水银温度计造价低廉，但是需要较长的测量时间，不能够实时监测，热敏电阻和红外式温度传感器造价又比较昂贵。因此，新一代微型化、智能化的温度传感器就成为了目前研究的热点，在实现准确、快速测量体温的同时，尽可能的降低成本，具有较长的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法，本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法，通过加入了质量分数为1％-3％大豆异黄酮以及0.2％-0.5％的二丁基羟基甲苯，本发明利用大豆异黄酮和二丁基羟基甲苯对油脂的抗氧化性和疏水性，增加了晶体管器件的长期使用稳定性，使得紧贴于皮肤的温度传感器免受皮肤分泌的油脂、汗液以及空气中的水氧成分对晶体管器件的侵蚀，同时，二丁基羟基甲苯的引入，有效的改变了有机半导体层薄膜的形貌，减少了有机半导体层的缺陷态密度，使载流子浓度对温度的变化更加敏感，实现有机场效应晶体管温度传感器对体温的精确监测。本发明解决了现有的用于体温监测的温度传感器探测技术中器件成本高、器件寿命差、灵敏度低带来的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器，其结构包括从下到上依次设置的衬底、栅电极、栅极绝缘层、有机半导体层，有机半导体层上设置有源电极和漏电极，所述有机半导体层是可溶性的，在有机半导体层加入了质量分数为1％-3％大豆异黄酮以及0.2％-0.5％的二丁基羟基甲苯。
作为优选，所述衬底由硅片、玻璃、聚合物薄膜或金属箔制成。
作为优选，所述栅极绝缘层为二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、二氧化钛(TiO2)的一种或多种无机绝缘材料或聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)的一种或多种有机聚合物绝缘材料，栅极绝缘层厚度为20～520nm。
作为优选，所述有机半导体层为聚3-己基噻吩(P3HT)、Tips-并五苯(Tips-Pentacene)的一种或多种可溶性有机半导体材料，厚度为25～400nm。
作为优选，所述半导体层中加入了质量分数为1％-3％大豆异黄酮以及0.2％-0.5％的二丁基羟基甲苯。
作为优选，所述栅电极、源电极和漏电极为金、银、铜的一种或多种，或氧化铟锡、氧化锌透明导电薄膜的一种或多种，厚度为10～100nm。
一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先利用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和异丙醇溶液对衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥；
S2:在衬底的表面制备栅电极，形成栅电极的图形；
S3:在镀有栅电极的基板的上制备栅极绝缘层；
S4:将大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯与有机半导体溶液进行混溶，在已形成栅电极，以及己覆盖栅极绝缘层的基板上制备明胶-有机半导体层，70℃热退火20分钟；
S5:在有机半导体层上制备源电极和漏电级；；
S6:将步骤S5制得后的有机场效应晶体管进行封装。
作为优选，所述步骤S2、S5中，栅电极、源电极、漏电极是通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷、打印或旋涂中的一种方法制备。
作为优选，所述步骤S3中，栅极绝缘层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂或者真空蒸镀中的一种方法制备。
作为优选，所述步骤S4中，所述明胶-有机半导体层是通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、辊涂、滴膜、压印、印刷或气喷中的一种方法制备。
本发明公开了一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器及其制备方法，此种温度传感器基于有机场效应晶体管制备，通过与皮肤紧贴，体温的微弱的波动会导致半导体中载流子浓度的显著变化，从而影响了器件的电学特性，起到温度监测的作用。有机半导体层中加入了质量分数为1％-3％大豆异黄酮以及0.2％-0.5％的二丁基羟基甲苯。本发明利用大豆异黄酮和二丁基羟基甲苯对油脂的抗氧化性和疏水性，增加了晶体管器件的长期使用稳定性，使得紧贴于皮肤的温度传感器免受皮肤分泌的油脂、汗液以及空气中的水氧成分对晶体管器件的侵蚀，同时，二丁基羟基甲苯的引入，有效的改变了有机半导体层薄膜的形貌，减少了有机半导体层的缺陷态密度，使载流子浓度对温度的变化更加敏感，实现有机场效应晶体管温度传感器对体温的精确监测。本发明解决了现有用于体温监测温度传感器探测技术中成本高、器件寿命差、灵敏度低带来的问题。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、有机半导体层引入一定量的大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯之后，利用大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯对油脂的抗氧化性和疏水性，器件的寿命得到了显著的提高，增强了其稳定性；
2、与现有的封装之后的晶体管类型的皮肤传感器相比，由于大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯的引入，使得器件免于二次封装，有效的降低了晶体管器件的厚度，实现了传感器的微型化；
3、在有机半导体层引入二丁基羟基甲苯之后，有效的改变了有机半导体层薄膜的形貌，减少了有机半导体层的缺陷态密度，使载流子浓度对温度的变化更加敏感，实现有机场效应晶体管温度传感器对体温的精确监测，同时，载流子浓度对温度的变化更加敏感，减弱了器件对外接设备的需求；
4、大豆异黄酮以及二丁基羟基甲苯，来源广泛、环境友好，且成本低廉，制备工艺简单，易于工业化大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1为本发明温度传感器的结构示意图；
图1中：1-衬底，2-栅电极，3-栅极绝缘层，4-有机半导体层，5-源电极，6-漏电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
本发明较佳实施例提供的一种用于体温监测的高稳定性的温度传感器，包括衬底、栅电极、栅极绝缘层、有机半导体、源电极和漏电极，所述有机半导体层中引入了质量分数为1％-3％大豆异黄酮以及0.2％-0.5％的二丁基羟基甲苯。
衬底可采用刚性衬底或者柔性衬底，如硅片、玻璃、聚合物薄膜和金属箔中的一种，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有较好的表面平整度。
栅电极、源电极和漏电极采用具有低电阻的材料构成，如金(Au)、银(Ag)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、钙(Ca)、钡(Ba)、镍(Ni)等金属及其合金材料，金属氧化物，如氧化铟锡(ITO)，氧化锌锡(IZO)导电薄膜和导电复合材料，如金胶、银胶、碳胶等，制备方法可以是真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷、打印、旋涂等各种沉积方法。所述源电极和漏电极的厚度为10～100nm。
栅极绝缘层采用具有良好的介电性能的材料，无机绝缘材料如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(A12O3)、氟化锂(LiF)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、五氧化二坦(Ta2O5)；有机绝缘材料如聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙基丙烯酸酯(PCA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)或聚乙烯(PE)等，制备方法可以是等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂或者真空蒸镀等。所述栅极绝缘层的厚度为20～520nm。
有机半导体探测层采用聚3-己基噻吩(P3HT)、Tips-并五苯(Tips-Pentacene)的一种或多种可溶性有机半导体材料，厚度为25～400nm，制备方法可以是等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、滴膜、压印、印刷或气喷等。所述有机半导体探测层的厚度均为25～400nm此实施例将上述展开的某些特征进行结合，并说明工作原理以及达到的效果。
以下结合附图1对本发明作进一步的说明
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，制备方法如下：
①对溅射好栅电极ITO的玻璃衬底进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用旋涂法在ITO上制备PS薄膜形成栅极绝缘层100nm；
③对旋涂好的PS薄膜经行加热烘烤；
④在栅极绝缘层上旋涂质量分数为98.5％：1％：0.5％的P3HT、大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯混合有机半导体层100nm；
⑤采用真空蒸镀制备铜源电极和漏电极100nm。
对器件的温度响应特性进行测试，其探测效果好，使用寿命长。
实施例三
本实施例在实施例一的基础上，制备方法如下：
①对溅射好栅电极ITO的玻璃衬底1进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用旋涂法在ITO上制备PVA薄膜形成栅极绝缘层20nm；
③对旋涂好的PVA薄膜经行加热烘烤；
④在栅极绝缘层上旋涂质量分数为96.8％：3％：0.2％的P3HT、大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯混合有机半导体层200nm；
⑤采用真空蒸镀制备金源电极和漏电极40nm。
对器件的温度响应特性进行测试，其探测效果好，使用寿命最长。
实施例四
本实施例在实施例一的基础上，制备方法如下：
①对硅为栅电极的衬底进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用热氧化或者气相沉积的方法生成一层20nmSiO2作为栅极绝缘层；
③在栅极绝缘层上旋涂上质量分数为97.7％：2％：0.3％的P3HT、大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯混合有机半导体层25nm；
④采用真空蒸镀制备金源电极和漏电极60nm。
对器件的温度响应特性进行测试，探测效果差，使用寿命长。
实施例五
本实施例在实施例一的基础上，制备方法如下：
①对硅为栅电极的衬底进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用旋涂法在ITO上制备300nm聚乙烯吡咯烷酮薄膜形成栅极绝缘层；
③对旋涂好的聚乙烯吡咯烷酮薄膜经行加热烘烤；
④在栅极绝缘层上旋涂制备质量分数为98％：1.5％：0.5％的P3HT、大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯混合有机半导体层300nm；
⑤采用真空蒸镀制备银源电极和漏电极70nm。
对器件的温度响应特性进行测试，探测效果最好，使用寿命长。
实施例六
本实施例在实施例一的基础上，制备方法如下：
①对溅射好栅电极ITO的玻璃衬底进行彻底的清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用反应磁控溅射在ITO上制备50nm三氧化二铝薄膜形成栅极绝缘层；
③栅极绝缘层上旋涂制备质量分数为96.6％：3％：0.4％的P3HT、大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯混合有机半导体层350nm；
④采用真空蒸镀制备铜源电极和漏电极80nm。
对器件的温度响应特性进行测试，探测效果好，使用寿命长。
通过实施例1至6的对比获得最佳性能参数如表1所示：
有机半导体材料和明胶比例
室温下对湿度的响应
实施例1
其探测效果好，使用寿命长
实施例2
探测效果好，使用寿命较长
实施例3
探测效果差，使用寿命最长
实施例4
探测效果差，使用寿命长
实施例5
探测效果最好，使用寿命长
实施例6
探测效果好，使用寿命长
表1：加入不同比例的大豆异黄酮、二丁基羟基甲苯的器件性能参数表
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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