双极电化学法制备有机电化学晶体管阵列

发布时间：2021-08-09 22:28

　　有机电化学晶体管（OECT）被广泛应用于生物传感领域,制备阵列化器件有利于提高传感器的测试通量,降低制造成本。研究了双极电化学在OECT交流电沉积制备中的应用。基于扫描电子显微镜和数字源表,探究了交流电压频率对聚（3,4-乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT∶PSS）薄膜形貌和OECT器件性能的影响。实验结果表明,交流电压频率从100 Hz增加到1 000 Hz时,PEDOT∶PSS薄膜的宽度从7.5μm减小到3μm,器件的最大跨导值从1.5 mS减小到0.2 mS,电流开关比从330降低到78,响应时间从9.42 ms下降到4.25 ms。使用该方法制备的OECT具有较好的重复性。最后,将微电极对的个数增加到5对,制备了1×5 OECT阵列器件,OECT阵列的性能具有较好的均一性。 

【文章来源】：半导体技术. 2020,45(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

在不同交流电压频率下制备的PEDOT∶PSS

为了进一步量化PEDOT∶PSS薄膜的宽度(W)随交流电压频率(f)的变化,使用ImageJ软件对SEM图(图4)中每个薄膜的两边以及中间部位进行测量,然后取均值,每个数据点包含3个样品,测量结果如图5所示。从图中可以看出,当交流电压频率为100 Hz时,薄膜宽度为7.5 μm,随着交流电压频率的增加,PEDOT∶PSS薄膜宽度逐渐减小,当交流电压频率为1 000 Hz时,薄膜宽度仅为3 μm。当信号发生器输出电压频率较高时,输出电压的大部分压降将施加在电解质溶液的介质电阻上[20]。溶液中粒子间的聚合力和介电泳力随着交流电压频率的升高而增大,导致PEDOT∶PSS薄膜的宽度随着交流电压频率的升高而减小[12]。但是,PEDOT∶PSS薄膜的宽度不会一直随着交流电压频率的升高而无限减小,主要由于电化学聚合反应依赖阳离子自由基在溶液中的运动,如果交流电压一个周期的时间小于阳离子自由基的弛豫时间,阳离子自由基对交流电压频率的变化没有响应,聚合反应就不会发生[23]。实验中也发现,当交流电压频率超过1 000 Hz时,PEDOT∶PSS薄膜的生长速度明显减慢,并且只在电极尖端沉积。当交流电压频率超过1 500 Hz时,不会发生聚合反应。

采用厚度为1 mm的硅片作为基底,使用剥离工艺制备得到电极尖端间距为10 μm的微电极芯片作为双极电极。微电极由下层20 nm厚的Ti(作为粘结层)和上层500 nm厚的金组成,电极芯片的设计图如图 1(a)所示,图1(b)为电极尖端SEM图片。实验装置如图2所示。使用PDMS制作长度为40 mm、宽度为20 mm、高度为10 mm的电解池,然后将电解池和玻璃基底键合在一起;采用直径为4 mm、长度为 10 mm的碳棒充当驱动电极,放置在电解池两端,间距为30 mm;微电极芯片作为双极电极,放置在电解池的中央,放置微电极芯片的通道长度为10 mm、宽度为5 mm;使用信号发生器为驱动电极提供交流电压。

【参考文献】：
期刊论文
[1]交流电沉积制备PEDOT∶PSS有机电化学晶体管[J]. 李芒芒,王磊,桑胜波,贾月梅,冀健龙.  微纳电子技术. 2019(07)
[2]双极性电化学的概述及研究进展[J]. 王蕾,温利权,刘红云.  化学教育. 2017(04)
[3]导电聚合物薄膜的喷墨打印制备及其光电器件[J]. 杨雷,程涛,曾文进,赖文勇,黄维.  化学进展. 2015(11)

博士论文
[1]有机薄膜晶体管工作机理及制备方法的研究[D]. 陈跃宁.北京交通大学 2014

硕士论文
[1]PEDOT交流电沉积制备及其物质输运机理[D]. 李芒芒.太原理工大学 2019
[2]有机多晶薄膜的生长机理研究[D]. 朱虹.苏州大学 2012



本文编号：3332914