具体实施方式

除非上下文另有清楚的要求，否则在整个描述和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等将从与排他性的或穷举的意义相反的包容性的意义上来解释；也就是说，从“包括、但不限于”的意义上来解释。如本文中所使用的，术语“连接的”、“耦合的”或它们的任何变体意指两个或更多个元件之间的要么直接的、要么间接的任何连接或耦合；元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的、电磁的或它们的组合。另外，词语“在本文中”、“上方”、“下方”和类似含义的词语在被用于本申请中时，是指作为整体的本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的地方，具体实施方式中的使用单数或复数的词语分别还可以包括复数或单数。对于两个或更多个项的列表的论述中的词语“或”涵盖该词语的以下解释的全部：该列表中的项中的任何一个、该列表中的所有项、以及该列表中的项的组合。

本文中提供的技术的教导可以被应用于其他系统，不一定是下面描述的系统。下面描述的各种例子的元素和动作可以被组合来提供所述技术的进一步的实现。所述技术的一些替代实现不仅可以包括附加于下面指出的那些实现的附加元素，而且还可以包括更少的元素。

这些及其他改变可以按照以下详细描述对所述技术做出。虽然该描述描述了所述技术的某些例子，并且描述了设想的最佳模式，但是无论描述表现得多详细，所述技术可以以许多方式实施。所述系统的细节在其特定实现中可以有很大的变化，但是仍被本文中公开的技术所包含。如以上所指出的，当描述所述技术的某些特征或方面时使用的特定术语不应被看作是暗示所述技术在本文中被重新定义为限于所述技术的、该术语所关联的任何特定特性、特征或方面。一般来说，以下权利要求书中使用的术语不应被解释为使所述技术限于说明书中公开的特定例子，除非具体实施方式章节明确地定义这样的术语。因此，所述技术的实际范围不仅包含所公开的例子，而且还包含按照权利要求书实施或实现所述技术的所有的等同方式。

为了减少权利要求的数量，所述技术的某些方面在下面以某些权利要求形式呈现，但是申请人以任何数量的权利要求形式设想所述技术的各种方面。例如，虽然所述技术的某个方面可以被记载为计算机可读介质权利要求，但是其他方面可以同样地被实施为计算机可读介质权利要求，或者被以其他形式实施，诸如在装置加功能(means-plus-function)权利要求中实施。

在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多特定的细节，以便提供所公开的技术的实现的透彻理解。然而，对于本领域技术人员清楚的是，所公开的技术的实施例可以在没有这些特定细节中的一些的情况下实施。

这里介绍的技术可以被实施为专用硬件(例如，电路系统)、利用软件和/或固件适当地编程的可编程电路系统、或者专用和可编程电路系统的组合。因此，实施例可以包括具有存储于其上的可以用于将计算机(或其他电子装置)编程为执行处理的指令的机器可读介质。所述机器可读介质可以包括，但不限于，软盘、光盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、ROM、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存、或适合于存储电子指令的其他类型的介质/机器可读介质。所述机器可读介质包括非暂时性介质，其中，非暂时性不包括传播信号。例如，处理器可以连接到存储用于供该处理器执行指令的指令的非暂时性计算机可读介质。

图1是根据本公开的一些实施例的顶栅、底部接触TFT气体传感器的示意图，该气体传感器包括被支撑在基板101上/与基板101耦合并且限定半导电层107中的沟道C的源极103和漏极105。所述顶栅、底部接触TFT气体传感器进一步包括设置在源极111和半导电层107之间的栅极111和电介质层107。

如本文中描述的两个其他的层“之间的”和/或在两个其他的层“之间设置”的层可以与这两个层中的每个直接接触，或者可以在这两个其他的层之间，或者可以被一个或多个介于中间的层与这两个其他的层中的一个或两个间隔开。

如本文中所使用的，层“上方的”和/或在层“上方设置的”材料意味着该材料与该层直接接触，或者被一个或多个介于中间的层间隔开。

如本文中所使用的，层“上的”和/或在层“上设置的”材料意味着该材料与该层直接接触。

在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器的电介质层包括使得待感测的一种气体或多种气体可以渗透通过该电介质层的可渗透气体的材料，优选地包括有机材料，或者更优选地包括聚合物材料。在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器在栅极和半导电层之间具有单个电介质层。在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器在栅极和半导电层之间具有多于一个的电介质层，每个电介质层可渗透所述目标气体或每种目标气体。

参照图2A，源极和漏极限定沟道区域A，为了易于参考，图2A没有示出栅极111。

参照图2B，栅极包括限定导电图案的图案化的电极，包括细长干111A和从该干延伸的多个指状物111B，细长干111A和指状物11B形成导电梳状图案。在该实施例中，指状物垂直于干延伸，并且被布置为彼此平行。在其他实施例中，至少一些指状物不成平行布置，和/或不垂直于干。

图2C例示说明图1的整个装置，在该装置中，栅极111的导电图案部分覆盖沟道区域A。在这样的实施例中，细长干111A不与沟道区域重叠，并且从干延伸的多个指状物111B中的至少一些不与沟道区域A重叠。梳状的指状物之间的间隙是提供使一种或多种目标气体通过栅极的路径的空隙区。优选地，指状物之间的间隙具有比指状物的宽度大的宽度。优选地，每个指状物具有大约5至200μm、优选地5-150μm的范围内的宽度。

将意识到，可以提供与沟道区域A部分重叠的其他导电栅极图案，从而使得一种或多种目标气体可以通过栅极的空隙区域。示例性结构包括，但不限于，金属结构和z字型或盘旋结构(serpentine structure)。栅极限定具有与沟道区域部分重叠的栅极区域的导电图案，与沟道区域A重叠的其余区域是空隙区域。所述空隙区域可以是单个连续的区域或一起形成空隙区域的多个离散的空隙区。

在一些实施例中，导电图案的理论上的最小边界矩形具有与沟道区域A完全重叠的区域。将意识到，最小边界矩形的区域由栅极的导电图案和栅极的空隙区域构成。

图3是如图1中描述的顶栅、顶部接触TFT气体传感器的示意图，不同的是半导电层107在基板与源极103和漏极105之间。

在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器包括底部接触TFT。

前面的实施例描述了其中所述一种或多种目标气体可以渗透通过图案化的栅极的空隙区域的顶栅TFT。在其他实施例中，栅极的材料可以可渗透所述一种或多种目标气体，在这种情况下，栅极可以被图案化，或者可以不被图案化。仅作为例子，在一些实施例中，可渗透的栅极可以包括碳纳米管材料或导电聚合物，例如掺杂有聚阴离子(诸如聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)聚合物等)的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)。

在一些实施例中，基板可以可渗透目标气体，在这种情况下，目标气体可能能够或者可能不能渗透通过栅极和/或电介质。

在使用中，根据本公开的实施例的顶栅TFT气体传感器可以暴露于气态大气，并且连接到用于测量由于与半导电材料和该大气中的一种或多种气体的相互作用/半导电材料和该大气中的一种或多种气体的吸收而导致的气体传感器对该大气的响应的设备、处理器等。所述响应可以是顶栅TFT气体传感器的漏极电流的变化。

顶栅TFT气体传感器可以是包括至少一个如本文中描述的顶栅TFT气体传感器的气体传感器系统的一部分。所述气体传感器系统可以包括至少两个如本文中描述的不同的顶栅TFT。顶栅TFT气体传感器可以在它们的源极和漏极的材料/性质上不同。气体传感器系统中的不同的TFT气体传感器的不同响应可以用于区分环境中的不同气体。仅作为例子，具有不同的源极和漏极的顶栅TFT气体传感器可以用于区分环境中的乙烯和1-MCP，因为不同的气体传感器对这些气体的响应不同。

在本公开的一些实施例中，顶栅TFT气体传感器可以被配置用于感测烯烃。在本公开的一些实施例中，顶栅TFT气体传感器可以被配置用于感测1-甲基环丙烯(1-MCP)、乙烯等。在本公开的一些实施例中，顶栅TFT气体传感器可以被配置为被放置在烯烃可能存在于环境大气中的环境，例如，存放有收割的跃变型果实和/或切花并且可能产生乙烯的仓库。

在本公开的一些实施例中，顶栅TFT气体传感器可以被配置用于感测酯。示例性酯包括，但不限于，可以通过羧酸和烷基醇的反应形成的酯，诸如己酸甲酯和乙酸丁酯。许多含有少量烷基链的酯在气味上是果味的，并且常被用于香水中。

在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器可以被用于气体监视系统中。例如，气体传感器可以监视气体的存在，并且与处理器通信，如果监视的浓度降至阈值浓度或者以下、就控制释放监视的气体。

气体传感器系统可以与控制正被监视的气体的自动释放的控制器进行有线或无线通信。

在一些实施例中，感兴趣的气体可能存在于其中的环境可以被划分为多个区。这些区然后可以由多个顶栅TFT气体传感器监视。这样，大的环境(诸如仓库等)上的气体浓度可以被监视，其中，气体可能遍布环境不均匀地分散。

气体传感器系统可以包括考虑到变量来提供测量基准的一个或多个控制气体传感器，可选地一个或多个TFT气体传感器，所述变量诸如以下中的一个或多个：湿度、温度、压力、随着时间的过去的传感器参数测量的变化(诸如由于偏置压力或退化而导致的漂移)、以及大气中的除了一种或多种目标气体之外的气体。一个或多个控制气体传感器可以与大气隔离，例如通过封装所述控制传感器或每个控制传感器，以提供除了大气中的气体之外的基准测量。

如本文中描述的气体传感器系统对除了用于检测的目标气体之外的背景气体(例如，空气或水蒸气)的响应可以在使用之前测量，以使得在使用时从气体传感器的测量减去背景。

在本公开的一些实施例中，源极和漏极可以包括任何导电材料，例如，金属(例如，金)、金属合金、金属化合物(例如，氧化铟锡)和/或导电聚合物。在本公开的一些实施例中，源极和漏极可以包括能够结合到待感测的气体的材料，或者由该材料组成。仅作为例子，其中待检测的气体包括烯烃(诸如1-MCP)，源极和/或漏极可以包括氧化铟锡、镍、银或金。源极和漏极可以是单层导电材料，或者可以包括两个或更多个导电层。源极和漏极可以包括第一层和第二层，其中，第一层在第二层和基板之间。就底部接触型顶栅装置来说，与单层电极相比，第一层可以增强源极和漏极向基板上的粘附。第一层可以是Cr层。阻挡层可以被设置在源极和漏极的表面上，例如，结合到源极和漏极的表面的硫醇单层，阻挡层被配置为防止气体结合到源极和漏极的表面。合适的硫醇的例子包括，但不限于，苯基硫醇、烷基硫醇和苯基烷基硫醇，其中，苯可以未被取代、或者被一种或多种取代基(诸如氟化苯硫醇)取代。

在本公开的一些实施例中，栅极可以选自任何导电材料，例如，金属(例如，铝)、金属合金；导电金属化合物(例如，导电金属氧化物，诸如氧化铟锡)；或导电聚合物，例如聚苯胺或具有电荷平衡聚阴离子的PEDOT，诸如PSS。在栅极被图案化的实施例中，栅极优选地包括一种或多种金属或金属合金层。

在栅极包括可渗透目标气体的未被图案化的电极的实施例中，栅极优选地包括导电聚合物。

栅极可以是单层导电材料，或者可以包括两个或更多个导电层。栅极可以包括第一层和第二层，其中，第一层在第二层和栅极之间。与单层栅极相比，第一层可以增强栅极电介质上栅极的粘附。第一层可以是Cr层。

在本公开的一些实施例中，沟道的长度(即，源极和漏极之间的距离)可以包括至少5微米。在本公开的一些实施例中，沟道的长度长达500微米，优选地在5-200微米或5-100微米的范围内。

优选地，沟道长度为半导电层的厚度的至少50倍，可选地至少100倍，可选地高达10,000倍。优选地，沟道长度为电介质层的厚度、或者如果存在多于一个的电介质层则为电介质层的组合厚度的至少10倍，可选地至少50倍，可选地至少100倍，可选地高达10,000倍。

在本公开的一些实施例中，沟道的宽度可以为至少100微米，优选地至少1mm，并且可以在1-20mm之间的范围内的范围内。

在本公开的一些实施例中，顶栅TFT气体传感器包括通过形成图案化的源极和漏极、接着再沉积半导体而制作的底部接触顶栅TFT。通过在沉积半导体之前形成源极和漏极，可以使用由于损坏半导体的风险而导致可能不适合于与顶部接触装置一起使用的图案化技术，例如，蚀刻。

在本公开的一些实施例中，半导体材料/层可以由有机半导体或无机半导体组成。在本公开的一些实施例中，半导电层可以由多个有机半导体组成。

如本文中描述的有机半导体可以选自共轭非聚合半导体；包括其侧基中的或主链中的共轭基的聚合物；以及碳半导体，诸如石墨烯和碳纳米管。

有机第二半导体层可以包括半导电聚合物和/或非聚合有机半导体，或者由半导电聚合物和/或非聚合有机半导体组成。有机半导体层可以包括非聚合有机半导体和聚合物的混合物。WO 2016/001095中公开了示例性有机半导体，WO 2016/001095的内容通过引用并入本文。

有机半导电层可以用任何合适的技术沉积，包括从包括一种或多种有机半导电材料和至少一种溶剂、或者由一种或多种有机半导电材料和至少一种溶剂组成的溶液蒸发和沉积。示例性溶剂包括具有一种或多种烷基取代基(优选地，一种或多种C_1-10烷基取代基)的苯，诸如甲苯、二甲苯和三甲苯；四氢萘；和氯仿。

在本公开的一些实施例中，有机半导电层具有大约10-200nm的范围内的厚度。

示例性无机半导体包括，但不限于，n型掺杂的硅；p型掺杂的硅；化合物半导体，例如，III-V半导体，诸如GaAs或InGaAs；或掺杂或未掺杂的金属氧化物。

如本文中描述的顶栅TFT气体传感器的所述电介质层或每个电介质层包括至少一种电介质材料。在本公开的一些实施例中，电介质材料的介电常数k可以为至少1.0或1.5。在本公开的一些实施例中，电介质材料的介电常数小于100或者小于10。

Chem.Rev.,2010,110(1)第205-239页中公开了示例性电介质材料，该文献的内容通过引用并入本文。所述一种或多种电介质材料可以是有机的、无机的、或有机和无机的混合。优选的无机材料包括BaTiO₃、SiTiO₃、SiO₂、SiNx和旋涂玻璃(SOG)。

为了使目标气体渗透，电介质层优选地包括有机材料或由有机材料组成，更优选地包括质子惰性聚合物或由质子惰性聚合物组成。示例性聚合物是聚乙烯吡咯烷(PVP)、丙烯酸酯(诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和苯并环丁烷(BCB))、聚(肉桂酸乙烯酯)P(VCn)、以及部分氟化的或全氟化的聚合物，例如聚(偏氟乙烯共六氟丙烯)P(VDF-HFP)、P(VDF-TrFE-CTFE)、以及包括四氟乙烯重复单元或者由四氟乙烯重复单元组成的聚合物。所述聚合物可以是可交联的，或者可以不可交联。优选地，所述电介质层不被交联。在实施例中，所述电介质层可以由聚合物组成。在实施例中，所述电介质层可以是例如如Materials(材料)2009,2(4),1697-1733中描述的聚合物/无机复合物，该文献的内容通过引用并入。所述复合物的无机材料可以为纳米粒子的形式。所述复合物的无机材料可以具有至少5、至少10或至少20的介电常数。在实施例中，顶栅TFT气体传感器可以包括多于一个的电介质层，可选地包括电介质双层，在所述电介质双层中，与有机半导电层直接接触的第一电介质层包括具有比被第一电介质层从有机半导电层隔开的第二电介质层的材料低的介电常数的材料。

在一些实施例中，顶栅TFT气体传感器的所述电介质层或每个电介质层不包括具有质子基(羟基或胺基)的材料。

在一些实施例中，顶栅TFT的所述电介质层或每个电介质层对于所述目标气体或每种目标气体是惰性的。如本文中使用的“对于目标气体是惰性的”意味着目标气体在25℃下被使得与顶栅TFT气体传感器的一个或多个电介质层接触时，不经历任何化学变化。在一些实施例中，所述目标气体或每种目标气体是烯烃。

在本公开的一些实施例中，可以通过热蒸发、真空处理、层压来沉积电介质材料，或者使用例如旋涂或喷墨打印技术、以及以上讨论的其他溶液沉积技术从溶液沉积电介质材料。

如果电介质层从溶液被沉积到半导电层上，则半导电层不应被溶解。避免这样的溶解的技术包括：使用正交溶剂，例如，使用用于沉积电介质层而不溶解半导电层的溶剂。在一些实施例中，从未被氟化的溶剂或溶剂混合物沉积半导电层，并且从含有至少一种氟化的液体的溶剂或溶剂混合物沉积电介质层。

在本公开的一些实施例中，电介质层的厚度可以小于2毫米，可以为大约50-500nm，和/或可以为大约100-500nm或300-500nm。

在本公开的一些实施例中，在电介质层上方沉积栅极之后，可以移除不被栅极重叠的区域中的一些或所有的电介质材料。

如本文中使用的顶栅TFT气体传感器的基板可以包括任何绝缘基板，诸如，举例来说，玻璃或塑料。在本公开的一些实施例中，基板可以可渗透目标气体，例如塑料基板。

本文中已经参考1-MCP的检测描述了顶栅RFT气体传感器的使用。对于1-MCP的这个参考仅仅是示出气体传感器的操作，并且仅意图作为这样的操作的例子，因为本领域技术人员将意识到可以使用本文中描述的顶栅TFT气体传感器检测其他气体。例如，可以通过根据本公开的实施例的顶栅TFT气体传感器来检测在20℃和1atm下为气态的任何烃，例如，C_1-5烃等。如本文中描述的气体传感器可以用于感测硫醇等。

例子

一般的OTFT工艺

在真空炉中烘烤PEN基板，然后对PEN基板进行紫外线臭氧处理30s。通过3nm Cr、接着40nm Au或Cu通过具有40、140或125μm的沟道长度和4或8mm的沟道宽度的阴影掩膜的热蒸发来沉积源极触点和漏极触点。通过从1,2,4-三甲苯的1％w/v溶液将下面例示说明的半导电聚合物1旋涂到20或40nm的厚度、并且在空气中在100℃下使半导电聚合物1干燥1分钟或10分钟来在基板上方沉积半导电聚合物1。从氟化溶剂FC43的2.4％w/v溶液将聚合物电介质AF2400旋涂到300nm厚度，并且在80℃下使聚合物电介质AF2400干燥10分钟。通过Cr(3nm)、接着Al(200nm)通过阴影掩膜的热蒸发来形成栅极，以形成具有如图2B所示的梳状结构的栅极，所述梳状结构具有125微米宽的梳状指状物，并且在指状物之间具有125微米的间隙。

半导电聚合物1

装置例子1

根据一般的OTFT工艺制备具有Au源极和漏极、125微米沟道长度、4mm沟道宽度和40nm厚的半导电层的顶栅OTFT。

在Vd＝Vg＝-4V的电压下，以50cm³/min的气体流速，使装置例子1暴露于10ppm 1-MCP。参照图4，漏极电流下降大于60％，对应于电阻增大大于200％。当1-MCP不再存在于气体流动中时，漏极电流恢复。

装置例子2

根据一般的OTFT工艺制备具有Au源极和漏极、125微米沟道长度、8mm沟道宽度和20nm厚的半导电层的顶栅OTFT。源极和漏极触点具有200微米的宽度。

装置例子3

如装置例子2中描述的那样制备顶栅OTFT，不同的是铜源极和漏极被用来代替金。

装置例子2和3每个都被暴露于1-MCP 1小时，然后在每次暴露之间留在在没有1-MCP的湿空气中恢复2-6个小时，1-MP浓度在Vd＝Vg＝-4V下，每个小时增大(200、400、800和1100ppm 1-MCP)。

参照图5，装置例子2的电阻随着1-MCP浓度增大而增大，不过，对于装置例子3，在相同的条件下，观察到电阻变化很小，或者没有变化。装置例子2和3对1-MCP的不同响应证实如本文中描述的不同的OTFT可以用于区分环境中的不同气体。

不希望受任何理论束缚，相信1-MCP结合到装置例子2的金源极和漏极，从而改变源极和漏极在电极/半导体界面处的工作功能。

图6中示出了1-MCP对金源极和漏极的影响，图6比较根据一般的OTFT工艺做出的具有金源极和漏极的两个顶栅装置，并且在图6中，在这两个装置中的一个的金电极的表面上形成硫醇单层。对于OTFT，在暴露于1ppm 1-MCP时，在源极和漏极未被处理的情况下，观察到漏极电流的可逆变化(如图6所示，在12-13小时时)，而对于其中金表面被硫醇单层阻挡的装置，没有观察到这样的变化。

装置例子4

根据一般的OTFT工艺制备具有40微米沟道长度、4mm沟道宽度和源极/漏极、以及200微米宽的源极触点和漏极触点的装置，不同的是PEDOT:PSS的未被图案化的栅极是通过将PEDOT:PSS(Clevios PH1000)滴铸到电介质层上以覆盖整个沟道区域来形成的。为了比较的目的，根据一般的装置工艺制备装置，不同的是栅极是通过在整个沟道区域上方蒸发未被图案化的铝层来形成的。

在4V的漏极和栅极电压下，将这些装置暴露于250ppb和1000ppm 1-MCP。参照图7，对于装置例子4，观察到电流变化，在更高的浓度下，观察到更大的变化。相反，对于比较装置，没有观察到变化。

不希望被任何理论束缚，1-MCP能够渗透通过装置例子4的PEDOT:PSS栅极，但不渗透通过比较装置的铝栅极。

装置例子5

根据一般的OTFT工艺制备装置，不同的是指状物是通过具有100微米宽的指状物和指状物之间的200微米间隙的阴影掩膜来沉积的。

装置例子6

如对于装置例子5描述的那样制备装置，不同的是阴影掩膜指状物宽度为100微米，并且阴影掩膜的指状物之间的间隙为100微米。

装置例子7

如对于装置例子5描述的那样制备装置，不同的是阴影掩膜指状物宽度为200微米，并且阴影掩膜的指状物之间的间隙为100微米。

测量使用装置例子5-7的阴影掩膜获得的栅极指状物和间隙，并且在表1中列出了大小(将意识到，如装置例子5-7中描述的阴影掩膜的指状物宽度对应于栅极的指状物之间的间隙，阴影掩膜的指状物之间的间隙对应于栅极的指状物宽度)。

如表1中列出的，指状物之间的间隙在暴露于1ppm的1-MCP时对电阻变化的影响很小，而指状物宽度对电阻变化具有很大的影响。不希望受任何理论束缚，越宽的铝指状物提供越小的区域使1-MCP渗透并且在电介质层和半导体层内横向扩散、并且到达沟道区域中的源极和漏极，在所述沟道区域中，当栅极电压被施加时，发生电荷累积。

表1

装置例子8

如装置例子1中描述的那样制备顶栅OTFT。

在Vd＝Vg＝-4V下，以50cm³/min的气体流速，使装置例子8暴露于1,000ppm己酸甲酯。参照图8，漏极电流下降大于13％。当己酸甲酯不再存在于气体流动中时，漏极电流恢复。

尽管已经就特定的示例性实施例描述了本发明，但是将意识到，在不脱离如下面的权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，本文中公开的特征的各种修改、改变和/或组合对于本领域技术人员将是清楚的。