得益于有机半导体的固有优点, 包括分子结构可设计、溶液法可加工和机械柔性良好, 以及其自身多参数、信号可调控以及高集成性等特点, 场效应晶体管为气体传感器的发展注入了新活力. 基于有机场效应晶体管(OFET)的气体传感器研究取得了显著进展, 展现出了卓越的传感性能. 本文综述了自2018年以来, OFET气体传感器领域的最新研究进展, 包括化学敏感材料、界面工程、半导体层微结构调控以及柔性OFET气体传感器、集成电路和集成阵列方面的进展. 最后, 对有机场效应晶体管在气体传感器中的应用进行了简要的总结和展望. 本综述旨在全面而深入地解析基于OFET的气体传感器, 以促进科研人员对其基本工作原理和性能的深入理解并为高性能气体传感器的制造和相关产业的蓬勃发展提供有价值的参考和启示.
有毒气体的存在对人体健康和环境安全构成严重威胁, 因此能够对有毒气体类型和浓度进行实时监控的高灵敏度气体传感器显得尤为重要. 过去几十年, 基于金属氧化物的电阻式气体传感器因其制作方便、灵敏度高以及稳定性好等优点, 在气体传感领域得到了广泛应用. 然而, 金属氧化物电阻式气体传感器一般需要在高温下运行, 这不仅增加了能源消耗, 而且也限制了其在柔性和便携式电子设备中的应用. 此外, 其传感参数较为单一, 选择性不够理想, 而且相对较大的尺寸也限制了集成度. 相比之下, 基于有机场效应晶体管(OFET)的气体传感器不仅充分利用了有机半导体(OSC)的诸多优势, 如分子结构可设计、溶液法可加工以及机械柔性好, 从而能够制备出多样化且成本较低的柔性电子器件; 而且, 它还凭借场效应晶体管信号可调控、多参数的特点, 使得机理分析和气体识别更易于进行. 因此, 基于OFET的气体传感器在下一代可穿戴式电子设备中显示出巨大的应用潜力.
截至目前, 已有众多不同类型的OFET气体传感器被报道. 这些传感器均展现出了卓越的传感性能. 本文分别从化学敏感材料、界面工程、OSC层微结构调控、柔性OFET气体传感器、传感电路和传感阵列方面, 对近年来, 特别是自2018年以来, OFET在气体检测领域中的应用进行了系统地综述. 最后, 对OFET在气体传感器中的应用进行了简要的总结和展望. 期望这些讨论有助于未来高性能OFET气体传感器的制造和相关产业的发展.
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张海峰, 赵国栋, 童艳红, 汤庆鑫, 刘益春. 有机场效应气体传感器研究进展. 中国科学:化学, 2024, DOI:10.1360/SSC-2024-0006
