發(fā)布時(shí)間：2021-08-09 22:28

　　有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECT）被廣泛應(yīng)用于生物傳感領(lǐng)域,制備陣列化器件有利于提高傳感器的測(cè)試通量,降低制造成本。研究了雙極電化學(xué)在OECT交流電沉積制備中的應(yīng)用。基于掃描電子顯微鏡和數(shù)字源表,探究了交流電壓頻率對(duì)聚（3,4-乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT∶PSS）薄膜形貌和OECT器件性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,交流電壓頻率從100 Hz增加到1 000 Hz時(shí),PEDOT∶PSS薄膜的寬度從7.5μm減小到3μm,器件的最大跨導(dǎo)值從1.5 mS減小到0.2 mS,電流開關(guān)比從330降低到78,響應(yīng)時(shí)間從9.42 ms下降到4.25 ms。使用該方法制備的OECT具有較好的重復(fù)性。最后,將微電極對(duì)的個(gè)數(shù)增加到5對(duì),制備了1×5 OECT陣列器件,OECT陣列的性能具有較好的均一性。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

在不同交流電壓頻率下制備的PEDOT∶PSS

為了進(jìn)一步量化PEDOT∶PSS薄膜的寬度(W)隨交流電壓頻率(f)的變化,使用ImageJ軟件對(duì)SEM圖(圖4)中每個(gè)薄膜的兩邊以及中間部位進(jìn)行測(cè)量,然后取均值,每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)包含3個(gè)樣品,測(cè)量結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出,當(dāng)交流電壓頻率為100 Hz時(shí),薄膜寬度為7.5 μm,隨著交流電壓頻率的增加,PEDOT∶PSS薄膜寬度逐漸減小,當(dāng)交流電壓頻率為1 000 Hz時(shí),薄膜寬度僅為3 μm。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓頻率較高時(shí),輸出電壓的大部分壓降將施加在電解質(zhì)溶液的介質(zhì)電阻上[20]。溶液中粒子間的聚合力和介電泳力隨著交流電壓頻率的升高而增大,導(dǎo)致PEDOT∶PSS薄膜的寬度隨著交流電壓頻率的升高而減小[12]。但是,PEDOT∶PSS薄膜的寬度不會(huì)一直隨著交流電壓頻率的升高而無限減小,主要由于電化學(xué)聚合反應(yīng)依賴陽離子自由基在溶液中的運(yùn)動(dòng),如果交流電壓一個(gè)周期的時(shí)間小于陽離子自由基的弛豫時(shí)間,陽離子自由基對(duì)交流電壓頻率的變化沒有響應(yīng),聚合反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生[23]。實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn),當(dāng)交流電壓頻率超過1 000 Hz時(shí),PEDOT∶PSS薄膜的生長速度明顯減慢,并且只在電極尖端沉積。當(dāng)交流電壓頻率超過1 500 Hz時(shí),不會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)。

采用厚度為1 mm的硅片作為基底,使用剝離工藝制備得到電極尖端間距為10 μm的微電極芯片作為雙極電極。微電極由下層20 nm厚的Ti(作為粘結(jié)層)和上層500 nm厚的金組成,電極芯片的設(shè)計(jì)圖如圖 1(a)所示,圖1(b)為電極尖端SEM圖片。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。使用PDMS制作長度為40 mm、寬度為20 mm、高度為10 mm的電解池,然后將電解池和玻璃基底鍵合在一起;采用直徑為4 mm、長度為 10 mm的碳棒充當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極,放置在電解池兩端,間距為30 mm;微電極芯片作為雙極電極,放置在電解池的中央,放置微電極芯片的通道長度為10 mm、寬度為5 mm;使用信號(hào)發(fā)生器為驅(qū)動(dòng)電極提供交流電壓。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]交流電沉積制備PEDOT∶PSS有機(jī)電化學(xué)晶體管[J]. 李芒芒,王磊,桑勝波,賈月梅,冀健龍.  微納電子技術(shù). 2019(07)
[2]雙極性電化學(xué)的概述及研究進(jìn)展[J]. 王蕾,溫利權(quán),劉紅云.  化學(xué)教育. 2017(04)
[3]導(dǎo)電聚合物薄膜的噴墨打印制備及其光電器件[J]. 楊雷,程濤,曾文進(jìn),賴文勇,黃維.  化學(xué)進(jìn)展. 2015(11)

博士論文
[1]有機(jī)薄膜晶體管工作機(jī)理及制備方法的研究[D]. 陳躍寧.北京交通大學(xué) 2014

碩士論文
[1]PEDOT交流電沉積制備及其物質(zhì)輸運(yùn)機(jī)理[D]. 李芒芒.太原理工大學(xué) 2019
[2]有機(jī)多晶薄膜的生長機(jī)理研究[D]. 朱虹.蘇州大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3332914