制造高密度垂直有机电化学晶体管阵列的新策略

有机电化学晶体管 (OECT) 是一类基于有机超导材料的新兴晶体管，以其响应施加到栅极的电压的微小变化而调制电流的能力而闻名。与其他基于有机半导体的电子产品一样，这些晶体管有望用于开发各种受大脑启发的可穿戴技术。

OECT 具有各种显着的优势，包括有前途的放大和传感能力。低驱动电压和通用结构。尽管有这些优点，但迄今为止开发的大多数传统 OECT 都存在各种局限性，包括稳定性有限和氧化还原过程缓慢，这会严重损害其性能。

西北大学的研究人员最近概述了一种制造高密度和机械柔性 OECT 的新策略。他们提出的方法在Nature Electronics的一篇论文中概述，用于创建基于 OECT 阵列和电路的各种电子元件。

“有机电化学晶体管 (OECT) 可用于创建生物传感器、可穿戴设备和神经形态系统，”Jaehyun Kim、Robert M. Pankow 及其同事在论文中写道。

“然而，有机半导体微米和纳米图案的限制，以及拓扑不规则性，往往限制了它们在单片集成电路中的使用。我们表明，通过电子束曝光对有机半导体进行微图案化可用于创建高密度(每 cm 2高达约 720 万个 OECT )以及机械灵活的垂直 OECT 阵列和电路。”

为了制造他们的 OECT 阵列，Kim、Pankow 和他们的同事首先将 p 沟道和 n 沟道有机半导体薄膜暴露于直接电子束中。这种方法被称为电子束光刻(eBL)，使他们能够在半导体薄膜上产生图案，而无需使用可能损坏材料的掩模或化学溶剂。这使得薄膜不具有电子活性(即绝缘)，而不会影响其传导离子的能力。

该工艺产生的图案化薄膜超小且高密度，同时还呈现出明确的导电沟道区域。此外，研究人员采用的 eBL 策略能够将 OECT 结构有效地多层集成到阵列和电路中。

Kim、Pankow 和他们的同事在论文中写道：“高能电子将半导体暴露区域转化为电子绝缘体，同时保留离子导电性和与单片集成所必需的氧化还原活性未暴露区域的拓扑连续性。” “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 的瞬态时间以及超过 100,000 个周期的稳定开关特性。”

为了进一步展示其制造策略的潜力，研究人员成功地使用它来创建基于 OECT 的各种垂直堆叠逻辑电路，包括 NOT、NAND 和 NOR 门。他们创建的电路性能非常好，同时还保持出色的运行稳定性。

将来，这项最新研究可以为类似方法的开发提供信息，以提高 OECT 电路的稳定性和性能。此外，它引入的新电子束曝光策略可以促进 OECT 的可扩展制造，有助于将其集成到电子设备中。