晶体管-单片集成柔性高密度垂直有机电化学晶体管阵列和互补电路

科技   科学   2024-12-30 22:16   江苏  

研究背景

有机电化学晶体管 (OECT) 可用于制造生物传感器、可穿戴设备和神经形态系统。然而,有机半导体的微纳米图案化的限制以及拓扑上的不规则性往往限制了它们在单片集成电路中的使用。


创新点

美国西北大学Antonio Facchetti,Tobin J. Marks 课题组和Jonathan Rivnay 展示了通过电子束暴露对有机半导体进行微图案化可用于创建高密度(高达每 cm2 约 720 万个 OECT)和机械灵活的垂直 OECT 阵列和电路。高能电子将半导体暴露区域转换为电子绝缘体,同时保持离子电导率和拓扑连续性,与单片集成所必需的氧化还原活性未暴露区域保持同步。由此产生的p型和n型垂直OECT有源矩阵阵列具有0.08–1.7 S的跨导、小于100 μs的瞬态时间和超过100,000次循环的稳定开关特性。我们还制造垂直堆叠的互补逻辑电路,包括 NOT、NAND 和 NOR 门。



文章解析

图1:使用电子束图案化对 vOECT 进行制造和整体集成。

图2:vOECT 离子和电子传输表征以及瞬态响应稳定性。

图3:通过电子束曝光制造的高密度单片集成 vOECT 阵列。

图4:2D 区域映射和柔性 vOECT 阵列。

图5:高分辨率垂直堆叠互补电路。

读后感

作者报道了用于单片集成互补逻辑电路的高性能 vOECT。空间选择性电子束曝光策略可直接和高分辨率地对有机半导体进行图案化,具有出色的均匀性、高产量和可扩展的图案形成。此外,定义过渡到半导体非活性区域的半导体有源通道岛可实现有源矩阵像素化,这在使用传统的蚀刻图案方法时是不可能的。我们的方法应该有助于扩大OECT电路在生物系统、神经形态电子学和可穿戴电子学等领域的应用。

【参考文献】

https://www.nature.com/articles/s41928-024-01127-x#Abs1

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