Новая стратегия изготовления вертикальных органических электрохимических транзисторных массивов высокой плотности

Монолитно интегрированные массивы VOECT с высокой плотностью, изготовленные в результате воздействия E-Beam.A, фотография 2-дюймовых массивов Voect-Scale Scale, включающих BGDPP-G2T OECTS.Вставка, увеличенное изображение микроскопа массивов Voect.B, карта трансновентности в масштабе вафли Voects;Пятна указывают измеренные устройства.C, характеристики переноса 100 BGDPP-G2T Voects (W = D = 10 мкм).D-F, низкий (D) и высокий (E) изображения оптической микроскопии увеличения и изображение CPOM (F) массива VOECT BGDPP-G2T.G, схема схемы 10 × 10 матриц Voect Active-Matrix (DL = линия слива, SL = исходная линия).H, Распределение трансдуктивности в 10 × 10 массивах BGDPP-G2T VOECT.I, Статистическое распределение гистограммы трансдуктивности (слева) и порогового напряжения (справа) для 100 устройств, которые все функционируют.Кредит: Природа Электроника (2024).Doi: 10.1038/s41928-024-01127-x

Органические электрохимические транзисторы (OECT) представляют собой новый класс транзисторов, основанных на органических сверхпроводящих материалах, известных своей способностью модулировать электрический ток в ответ на небольшие изменения напряжения, применяемого к их электроду затвора.Как и другие электроники, основанные на органических полупроводниках, эти транзисторы могут быть многообещающими для разработки различных технологий, вдохновленных мозгом и носимых.

OECT имеют различные заметные преимущества, включая многообещающие возможности амплификации и зондирования.Низкие напряжения вождения и универсальная структура.Несмотря на эти преимущества, было обнаружено, что большинство традиционных AECTS демонстрируют различные ограничения, включая ограниченную стабильность и медленные окислительно -восстановительные процессы, которые могут значительно ухудшить их производительность.

Исследователи из Северо-Западного университета недавно обрисовали новую стратегию по изготовлению высокой плотности и механически гибких ОПК.Их предложенный подход, изложенный в статье в природе электроники, использовался для создания различных электронных компонентов на основе AECT -массивов и цепей.

«Органические электрохимические транзисторы (OECTS) могут использоваться для создания биосенсоров, носимых устройств и нейроморфных систем», - написали в своей статье Jaehyun Kim, Роберт М. Панков и их коллеги.

“Однако ограничения в микро- и нано-нанопьере органических полупроводников, а также топологических нарушений часто ограничивают их использование в монолитно интегрированных цепях. Мы показываем, что микропаттернинг органических полупроводников может быть использована для создания высокой плотности.(Около 7,2 млн. Оптов на CM2) и механически гибкие вертикальные AECT -массивы и схемы ».

Чтобы изготовить свои AECT-массивы, Ким, Панков и их коллеги сначала выставили как P-, так и N-канальные органические полупроводниковые пленки на прямой луча электронов.Этот метод, известный как литография электронного луча (EBL), позволил им произвести шаблон на полупроводниковых пленках без использования масок или химических растворителей, которые могут повредить материалы.Это сделало пленки в электронном виде (то есть, изоляция), не влияя на их способность проводить ионы.

Узорчатые пленки, полученные в результате этого процесса, были сверхумлыми и высокой плотностью, а также представляли четко определенные, проводящие области канала.Кроме того, стратегия EBL, используемая исследователями, позволила эффективной многослойной интеграции структур OECT в массивы и схемы.

«Энергетические электроны преобразуют открытую площадь полупроводника в электронный изолятор, сохраняя при этом ионную проводимость и топологическую непрерывность с помощью окислительно-активированных неактивных областей, необходимых для монолитной интеграции»,-написали Ким, Панков и их коллеги в своей статье.«Полученные вертикальные AECT-матричные матрицы P- и N-типа, демонстрируют транскундукцию 0,08–1,7 с, временные прецеденты менее 100 мкс и стабильные свойства переключения более 100 000 циклов».

Чтобы дополнительно продемонстрировать потенциал своей стратегии изготовления, исследователи успешно использовали ее для создания различных вертикально сложенных логических цепей, основанных на их ОКТ, включая NON, NAND и NOR Gates.Было обнаружено, что созданные им схемы работают удивительно хорошо, сохраняя при этом отличную оперативную стабильность.

В будущем это недавнее исследование может проинформировать о разработке аналогичных подходов, чтобы повысить стабильность и производительность цепей OECT.Более того, новая стратегия воздействия E-Beam, которую она ввела, может способствовать масштабируемому изготовлению OECT, способствуя их интеграции в электронные устройства.

Больше информации: Jaehyun Kim и др., Монолитно интегрированные вертикальные органические электрохимические транзисторные массивы высокой плотности и комплементарные схемы, Природная электроника (2024).Doi: 10.1038/s41928-024-01127-x

© 2024 Science X Network