Органический электрохимический транзистор - Organic electrochemical transistor - Wikipedia

В органический электрохимический транзистор (OECT) это транзистор в котором ток стока регулируется подачей ионы из электролит в полупроводник канал.[1]Инжекция ионов в канал контролируется приложением напряжения к электроду затвора. OECT изучаются для приложений в биосенсоры, биоэлектроника и недорогая электроника большой площади.

Основная информация

OECT состоят из полупроводник фильм (канал), обычно сделанный из сопряженный полимер, который находится в прямом контакте с электролит.[2] Электроды истока и стока устанавливают электрический контакт с каналом, а электрод затвора устанавливает электрический контакт с электролитом. Электролит может быть жидким, гелевым или твердым. В наиболее распространенной конфигурации смещения исток заземлен, и на сток подается напряжение (напряжение стока). Это вызывает протекание тока (ток стока) из-за электронного заряда (обычно дыры ) присутствует в канале. Когда на затвор подается напряжение, ионы электролита вводятся в канал и изменяют плотность электронного заряда и, следовательно, ток стока. Когда напряжение затвора снимается, введенные ионы возвращаются в электролит, а ток стока возвращается к своему исходному значению.

OECT отличаются от электролитных полевые транзисторы. В устройствах последнего типа ионы не проникают в канал, а накапливаются у его поверхности (или у поверхности диэлектрического слоя, когда такой слой наносится на канал).[3] Это вызывает накопление электронного заряда внутри канала, у поверхности. Напротив, в ОЭКТ ионы инжектируются в канал и изменяют плотность электронного заряда во всем его объеме. В результате такой объемной связи между ионным и электронным зарядом OECT демонстрируют очень высокую крутизна.[4] Недостатком OECT является то, что они медленные, поскольку ионный заряд должен входить и выходить из канала. Микрофотографии OECT показывают время отклика порядка сотен микросекунды.[5]

Наиболее распространенные OECT основаны на (ПЕДОТ: PSS ) и работать в режим истощения.[6] В этом материале органический полупроводник ПЕДОТ легированный р-тип посредством сульфонат анионы ПСС (допант)[7] и, следовательно, обладает высокой (дырочной) проводимостью. Следовательно, при отсутствии напряжения на затворе ток стока будет высоким, и транзистор будет в состоянии ВКЛ. Когда на затвор подается положительное напряжение, катионы из электролита вводятся в канал PEDOT: PSS, где они компенсируют сульфонат-анионы. Это приводит к дедопированию PEDOT, и транзистор переходит в выключенное состояние.[1]Режим накопления OECT, основанный на внутренний также описаны органические полупроводники.[8][9] Точное моделирование ОЭКТ возможно с помощью дрейфово-диффузионной модели.[10]

OECT были впервые разработаны в 80-х годах группой Марка Райтона.[11]В настоящее время они интенсивно разрабатываются для приложений в биоэлектроника,[12]и на большой площади, недорого электроника.[13]Такие преимущества, как простота изготовления и миниатюризации, совместимость с недорогими методами печати,[14][15] совместимость с широким спектром механических опор (включая волокна,[16]бумага,[17] пластик[18] и эластомер[19]) и стабильность в водных средах, что привело к их использованию в различных приложениях в биосенсорах.[20][21]Более того, их высокая крутизна делает OECT мощными усилительными преобразователями.[22]OECT использовались для обнаружения ионы,[23][24] метаболиты,[25][26] ДНК,[27]патогенный организмы[28]зонд клеточная адгезия,[29]измерить целостность барьерной ткани,[30]обнаруживать эпилептический активность у крыс,[31]и интерфейс с электрически активными клетками и тканями.[32][33][34]

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б Бернардс, Д. А .; Маллиарас, Г. Г. (2007-10-16). «Установившееся и переходное поведение органических электрохимических транзисторов». Современные функциональные материалы. Вайли. 17 (17): 3538–3544. Дои:10.1002 / adfm.200601239. ISSN  1616-301X.
  2. ^ Зелио, Эрика; Инганас, Олле (2018). «Активные материалы для органических электрохимических транзисторов». Современные материалы. 30 (44): 1800941. Дои:10.1002 / adma.201800941. ISSN  1521-4095.
  3. ^ Ким, Се Хён; Хонг, Кихён; Се, Вэй; Ли, Кын Хён; Чжан, Сыпей; Лодж, Тимоти П .; Фрисби, К. Дэниэл (2012-12-02). «Транзисторы с электролитным затвором для органической и печатной электроники». Современные материалы. Вайли. 25 (13): 1822–1846. Дои:10.1002 / adma.201202790. ISSN  0935-9648.
  4. ^ Ходаголы, Дион; Ривней, Джонатан; Сессоло, Микеле; Гурфинкель, Моше; Леле, Пьер; и другие. (2013-07-12). «Органические электрохимические транзисторы с высокой крутизной». Nature Communications. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 4 (1): 2133. Дои:10.1038 / ncomms3133. ISSN  2041-1723.
  5. ^ Ходаголы, Дион; Гурфинкель, Моше; Ставриниду, Элени; Леле, Пьер; Эрве, Тьерри; Санаур, Себастьен; Мальярас, Джордж Г. (2011-10-17). «Матрицы высокоскоростных органических электрохимических транзисторов высокой плотности». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 99 (16): 163304. Дои:10.1063/1.3652912. ISSN  0003-6951.
  6. ^ Owens, Róisín M .; Маллиарас, Джордж Г. (2010). «Органическая электроника на стыке биологии». Бюллетень MRS. Издательство Кембриджского университета (CUP). 35 (6): 449–456. Дои:10.1557 / mrs2010.583. ISSN  0883-7694.
  7. ^ А. Эльшнер, С. Кирхмайер, В. Левених, У. Меркер и К. Рейтер, в PEDOT, Принципы и применение искробезопасного полимера (CRC Press, 2010), стр. 113-166.
  8. ^ Чо, Чон Хо; Ли, Джиюль; Ся, Ю; Ким, Бонгсу; Он, Иён; Ренн, Майкл Дж .; Лодж, Тимоти П .; Дэниел Фрисби, К. (19 октября 2008 г.). «Печатные ионно-гелевые диэлектрики затвора для низковольтных полимерных тонкопленочных транзисторов на пластике». Материалы Природы. Springer Nature. 7 (11): 900–906. Дои:10.1038 / nmat2291. ISSN  1476-1122.
  9. ^ Инал, Сахика; Ривней, Джонатан; Леле, Пьер; Ферро, Марк; Рамуз, Марк; Brendel, Johannes C .; Schmidt, Martina M .; Телаккат, Мукундан; Маллиарас, Джордж Г. (2014-10-13). "Электрохимический транзистор с накоплением высокой крутизны". Современные материалы. Вайли. 26 (44): 7450–7455. Дои:10.1002 / adma.201403150. ISSN  0935-9648.
  10. ^ Шиманский, Марек; Ту, Дэю; Форххаймер, Роберт (2017). «Двумерное дрейфово-диффузионное моделирование органических электрохимических транзисторов». Транзакции IEEE на электронных устройствах. 64: 5114–5120. Дои:10.1109 / TED.2017.2757766.
  11. ^ Белый, Генри S .; Киттлсен, Грегг П. .; Райтон, Марк С. (1984). «Химическая дериватизация массива из трех золотых микроэлектродов с полипирролом: изготовление транзистора на основе молекулы». Журнал Американского химического общества. Американское химическое общество (ACS). 106 (18): 5375–5377. Дои:10.1021 / ja00330a070. ISSN  0002-7863.
  12. ^ Стракосас, Ксенофон; Бонго, Мануэль; Оуэнс, Ройсин М. (07.01.2015). «Органический электрохимический транзистор для биологических применений». Журнал прикладной науки о полимерах. Вайли. 132 (15): 41735. Дои:10.1002 / app.41735. ISSN  0021-8995.
  13. ^ Nilsson, D .; Робинсон, Н .; Berggren, M .; Форчхаймер, Р. (10 февраля 2005 г.). «Электрохимические логические схемы». Современные материалы. Вайли. 17 (3): 353–358. Дои:10.1002 / adma.200401273. ISSN  0935-9648.
  14. ^ D. Nilsson, M. X. Chen, T. Kugler, T. Remonen, M. Armgarth and M. Berggren, Adv. Mater. 14, 51 (2002).
  15. ^ Basiricò, L .; Cosseddu, P .; Scidà, A .; Fraboni, B .; Malliaras, G.G .; Бонфлио, А. (2012). «Электрические характеристики полностью полимерных электрохимических транзисторов для струйной печати». Органическая электроника. Elsevier BV. 13 (2): 244–248. Дои:10.1016 / j.orgel.2011.11.010. ISSN  1566-1199.
  16. ^ Хамеди, Махиар; Форххаймер, Роберт; Инганас, Олле (4 апреля 2007 г.). «На пути к плетеной логике из органических электронных волокон». Материалы Природы. Springer Nature. 6 (5): 357–362. Дои:10.1038 / nmat1884. ISSN  1476-1122.
  17. ^ Нильссон, Д. (2002-09-20). «Полностью органический сенсор-транзистор, основанный на новой концепции электрохимического преобразователя, печатные электрохимические сенсоры на бумаге». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. Elsevier BV. 86 (2–3): 193–197. Дои:10.1016 / s0925-4005 (02) 00170-3. ISSN  0925-4005.
  18. ^ Чжан, Шиминг; Хубис, Элизабет; Жирар, Камилла; Кумар, Праджвал; ДеФранко, Джон; Чикойра, Фабио (2016). «Водостойкость и ортогональный рисунок гибких микроэлектрохимических транзисторов на пластике». Журнал химии материалов C. Королевское химическое общество (RSC). 4 (7): 1382–1385. Дои:10.1039 / c5tc03664j. ISSN  2050-7526.
  19. ^ Чжан, Шиминг; Хубис, Элизабет; Томаселло, Гайя; Соливери, Гвидо; Кумар, Праджвал; Чикоира, Фабио (2017-03-08). «Формирование растягиваемых органических электрохимических транзисторов». Химия материалов. Американское химическое общество (ACS). 29 (7): 3126–3132. Дои:10.1021 / acs.chemmater.7b00181. ISSN  0897-4756.
  20. ^ Чжан, Шиминг; Чикойра, Фабио (2018). «Гибкие автономные биосенсоры». Природа. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 561 (7724): 466–467. Дои:10.1038 / d41586-018-06788-1. ISSN  0028-0836.
  21. ^ Линь, Пэн; Ян, Фэн (2011-11-21). "Органические тонкопленочные транзисторы для химического и биологического зондирования". Современные материалы. Вайли. 24 (1): 34–51. Дои:10.1002 / adma.201103334. ISSN  0935-9648.
  22. ^ Ривней, Джонатан; Леле, Пьер; Сессоло, Микеле; Ходаголы, Дион; Эрве, Тьерри; Фиокки, Мишель; Маллиарас, Джордж Г. (2013-10-02). «Органические электрохимические транзисторы с максимальной крутизной при нулевом смещении затвора». Современные материалы. Вайли. 25 (48): 7010–7014. Дои:10.1002 / adma.201303080. ISSN  0935-9648.
  23. ^ Свенссон, Пер-Олоф; Нильссон, Дэвид; Форххаймер, Роберт; Берггрен, Магнус (17 ноября 2008 г.). «Цепь датчика А с использованием опорной на основе переключения проводимости в органических электрохимических транзисторах». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 93 (20): 203301. Дои:10.1063/1.2975377. ISSN  0003-6951.
  24. ^ Сессоло, Микеле; Ривней, Джонатан; Бандьелло, Энрико; Маллиарас, Джордж Дж .; Болинк, Хенк Дж. (23 мая 2014 г.). «Ионно-селективные органические электрохимические транзисторы». Современные материалы. Вайли. 26 (28): 4803–4807. Дои:10.1002 / adma.201400731. ISSN  0935-9648.
  25. ^ Чжу, Чжэн-Тао; Мабек, Джеффри Т .; Чжу, Чанчэн; Кэди, Натаниэль С .; Batt, Carl A .; Маллиарас, Джордж Г. (2004). «Простой транзистор поли (3,4-этилендиокситиофен) / поли (стиролсульфоновая кислота) для определения глюкозы при нейтральном pH». Химические коммуникации. Королевское химическое общество (RSC) (13): 1556. Дои:10.1039 / b403327m. ISSN  1359-7345.
  26. ^ Тан, Хао; Ян, Фэн; Линь, Пэн; Сюй, Цзяньбинь; Чан, Хелен Л. В. (26 апреля 2011 г.). «Высокочувствительные глюкозные биосенсоры на основе органических электрохимических транзисторов с использованием платиновых затворных электродов, модифицированных ферментом и наноматериалами». Современные функциональные материалы. Вайли. 21 (12): 2264–2272. Дои:10.1002 / adfm.201002117. ISSN  1616-301X.
  27. ^ Линь, Пэн; Ло, Сяотэн; Синь, И-Мин; Ян, Фэн (27.07.2011). «Органические электрохимические транзисторы, интегрированные в гибкие микрофлюидные системы и используемые для считывания ДНК без меток». Современные материалы. Вайли. 23 (35): 4035–4040. Дои:10.1002 / adma.201102017. ISSN  0935-9648.
  28. ^ Он, Жун-Сян; Чжан, Мэн; Тан, Фэй; Leung, Polly H.M .; Чжао, Син-Чжун; Чан, Хелен Л. В .; Ян, Мо; Ян, Фэн (2012). «Обнаружение бактерий с помощью органических электрохимических транзисторов». Журнал химии материалов. Королевское химическое общество (RSC). 22 (41): 22072. Дои:10.1039 / c2jm33667g. ISSN  0959-9428.
  29. ^ Линь, Пэн; Ян, Фэн; Ю, Цзиньцзян; Чан, Хелен Л. В .; Ян, Мо (2010-08-20). «Применение органических электрохимических транзисторов в клеточных биосенсорах». Современные материалы. Вайли. 22 (33): 3655–3660. Дои:10.1002 / adma.201000971. ISSN  0935-9648.
  30. ^ Джимисон, Лесли H; Tria, Scherrine A .; Ходаголы, Дион; Гурфинкель, Моше; Ланзарини, Эрика; Хама, Адель; Маллиарас, Джордж Дж .; Оуэнс, Ройсин М. (05.09.2012). «Измерение целостности барьерной ткани с помощью органического электрохимического транзистора». Современные материалы. Вайли. 24 (44): 5919–5923. Дои:10.1002 / adma.201202612. ISSN  0935-9648.
  31. ^ Ходаголы, Дион; Ривней, Джонатан; Сессоло, Микеле; Гурфинкель, Моше; Леле, Пьер; Джимисон, Лесли H .; Ставриниду, Элени; Эрве, Тьерри; Санаур, Себастьен; Owens, Róisín M .; Маллиарас, Джордж Г. (2013-07-12). «Органические электрохимические транзисторы с высокой крутизной». Nature Communications. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 4 (1): 1575. Дои:10.1038 / ncomms3133. ISSN  2041-1723.
  32. ^ Кампана, Алессандра; Крамер, Тобиас; Саймон, Дэниел Т .; Берггрен, Магнус; Бискарини, Фабио (2014). "Органические электрохимические транзисторы: электрокардиографическая запись с помощью совместимого органического электрохимического транзистора, изготовленного на резорбируемом биоколесе". Современные материалы. Вайли. 26 (23): 3873–3873. Дои:10.1002 / adma.201470165. ISSN  0935-9648.
  33. ^ Леле, Пьер; Ривней, Джонатан; Лонджарет, Томас; Бадье, Жан-Мишель; Бенар, Кристиан; Эрве, Тьерри; Шовель, Патрик; Маллиарас, Джордж Г. (29.09.2014). «Органические электрохимические транзисторы для клинического применения». Передовые медицинские материалы. Вайли. 4 (1): 142–147. Дои:10.1002 / adhm.201400356. ISSN  2192-2640.
  34. ^ Яо, Чуньлей; Ли, Цяньцянь; Го, Цзин; Ян, Фэн; Син, И-Мин (31.10.2014). "Жесткие и гибкие органические электрохимические транзисторные матрицы для мониторинга потенциала действия от электрогенных элементов". Передовые медицинские материалы. Вайли. 4 (4): 528–533. Дои:10.1002 / adhm.201400406. ISSN  2192-2640.