Electrostáticamente

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 16009 (2022) Citar este artículo

1910 Accesos

70 altmétrico

Detalles de métricas

Los transistores orgánicos de película delgada (OTFT) son prometedores componentes básicos de dispositivos electrónicos imprimibles flexibles. Al igual que los FET inorgánicos, los OTFT son heteroestructuras que consisten en metales, aislantes y semiconductores, en las que las interfaces a nanoescala entre diferentes componentes deben diseñarse con precisión. Sin embargo, los OTFT utilizan metales nobles, como el oro, como electrodos, lo que ha supuesto un cuello de botella en términos de reducción de costes y baja carga medioambiental. En este estudio, demostramos que los electrodos de carbono a base de grafito se pueden depositar y modelar directamente sobre una película delgada orgánica monocristalina mediante un recubrimiento por pulverización electrostática. Los OTFT actuales exhibieron movilidades de efecto de campo razonablemente altas de hasta 11 cm2 V-1 s-1 para el tipo p y 1,4 cm2 V-1 s-1 para el tipo n sin deterioro significativo durante los procesos de pulverización electrostática. También demostramos dos hitos importantes desde el punto de vista de la ciencia de los materiales: un circuito complementario, un inversor que consta de OTFT de tipo p y n, y un OTFT operable sin metal compuesto de materiales totalmente a base de carbono. Estos resultados constituyen un paso clave hacia el desarrollo de circuitos integrados impresos sin metales.

Los transistores de película delgada (TFT) son uno de los componentes básicos más importantes de los circuitos electrónicos1,2,3, donde las heterointerfaces entre varios componentes, como metales, semiconductores y aislantes, desempeñan papeles predominantes en su rendimiento4,5,6,7. Los procesos de fabricación de TFT requieren la deposición secuencial de estos componentes, lo que probablemente obstaculice la producción confiable de dispositivos integrados. Para los TFT con semiconductores orgánicos procesables en solución (OSC), en particular, la ingeniería de heterointerfaces puede ser más perjudicial porque debería ser compatible con la tecnología de impresión8,9. Con los recientes avances en química10,11,12,13,14 e ingeniería de dispositivos15,16,17,18,19,20 relacionados con la electrónica impresa, el rendimiento de los OTFT procesados ​​en solución ha ido mejorando. En particular, para películas delgadas monocristalinas que consisten en unas pocas monocapas de OSC, se han logrado movilidades de efecto de campo razonablemente altas > 10 cm2 V-1 s-1 con excelente estabilidad ambiental15,16,17,21,22. El proceso de fabricación mejorado permite la producción de grandes membranas cristalinas con coberturas de área de hasta 100 cm2, lo que facilita aún más la producción ideal de circuitos integrados confiables16.

Generalmente, los OTFT requieren la deposición secuencial de electrodos metálicos en la parte superior o en la periferia de las películas delgadas de OSC. Los electrodos de oro se emplean a menudo como electrodos de fuente, drenaje y compuerta. Hay varias razones para esto: (1) la función de trabajo del oro (~ 5,0 eV) probablemente coincida con el borde de la banda de valencia (equivalente al orbital molecular ocupado (HOMO) más alto de la mayoría de las OSC de tipo p), (2) alta -los electrodos de oro de calidad se pueden depositar mediante deposición al vacío, y (3) los electrodos de oro poseen una alta estabilidad ambiental a pesar de que tienen la forma de películas ultrafinas. En particular, se sabe que la calidad de la interfaz oro/OSC domina las propiedades de inyección del portador y la resistencia de contacto interfacial15,21. Aunque los electrodos basados ​​en polímeros conductores procesados ​​en solución, como PEDOT:PSS, se han estudiado previamente23, existen estudios limitados sobre sustitutos de los electrodos de oro, lo que supone un cuello de botella en términos de reducción de costos y baja carga ambiental en la electrónica impresa y flexible.

En este estudio, demostramos que el carbono a base de grafito se puede depositar y modelar directamente sobre películas delgadas de OSC monocristalinas mediante un recubrimiento por pulverización electrostática y funciona como un electrodo de contacto eficiente para OTFT de tipo p y n. Los OTFT exhiben excelentes características de transistor con altas movilidades de efecto de campo de hasta 11 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo p y 1,4 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo n, un voltaje de encendido cercano a cero. , histéresis insignificante y una relación de corriente de encendido y apagado de aproximadamente 106, que son comparables a los de los OTFT de contacto de oro14,16,24. Además, se operó con éxito un inversor complementario que consta de OTFT de tipo p y n a un voltaje suministrado (Vdd) de 5 a 15 V, que es uno de los primeros circuitos orgánicos complementarios que funciona con electrodos de carbono a base de grafito. También operamos un OTFT sin metales que comprende solo materiales a base de carbono, como OSC, electrodos de contacto/compuerta de carbono, aisladores de polímeros orgánicos y sustratos de polímeros orgánicos. Los resultados servirán de base para un mayor desarrollo de circuitos integrados complementarios, impresos y sin metales.

Empleamos nuestras OSC de molécula pequeña comparadas, 3,11-dinonildinafto[2,3-d:2',3'-d']benzo[1,2-b:4,5-b']ditiofeno (C9-DNBDT –NW)25 y diimida N,N'-difenetil-3,4,9,10-benzo[de]isoquinolino[1,8-gh]quinolinetetracarboxílica (PhC2–BQQDI)14 para las OTFT de tipo p y n, respectivamente. La Figura 1a muestra la configuración del dispositivo de los OTFT de contacto superior de puerta inferior fabricados utilizando los OSC anteriores y electrodos de contacto de carbono. Al (t = 30 nm) y parileno (t = 200 nm) se depositaron secuencialmente sobre vidrio Eagle XG como electrodo de puerta y aislante, respectivamente. La capacitancia por unidad de área (Ci) se evaluó como 13,7 nF cm-2 en función de su espesor y permitividad relativa εr = 3,1. Se transfirieron películas delgadas de OSC monocristalinas, fabricadas mediante fundición continua de bordes26, a la parte superior y luego se modelaron mediante grabado láser. El procedimiento de fabricación se describe en la sección “Materiales y métodos”.

Configuración y características del transistor de OTFT tipo p y n con electrodos de contacto de carbono. ( a ) Configuración del dispositivo de OTFT con electrodos de contacto de carbono, en la que se empleó una película delgada monocristalina de tipo p C9 – DNBDT – NW o PhC2 – BQQDI de tipo n como capa OSC. (b) Esquemas del recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono que incluye polvo de grafito y negro de humo. La suspensión de carbono se atomizó mediante repulsión electrostática debido a la boquilla de carga a la que se aplicó un alto voltaje de 10 a 13 kV. El carbono se modeló sobre un sustrato objetivo a través de una máscara de plantilla recubierta con CYTOP. (c) Características de transferencia en el régimen de saturación (VD = − 30 V) y (d) características de salida de un OTFT tipo p que incluye C9 – DNBDT – NW como capa OSC y carbono como electrodos de contacto. (e) Imagen de microscopía óptica polarizada (POM) del OTFT tipo p en condiciones de Nicol cruzado. (f) Características de transferencia en el régimen de saturación (VD = 20 V) y (g) características de salida del OTFT tipo n con PhC2 – BQQDI como capa OSC y carbono como electrodos de contacto. (h) Imagen POM del OTFT de tipo n en condiciones de Nicol cruzado. La longitud del canal (L) y el ancho (W) de ambos OTFT fueron 100 μm y 200 μm, respectivamente.

El objetivo de este estudio fue la deposición y modelado exitosos de electrodos de contacto de carbono sobre películas delgadas de OSC sin ningún deterioro en la calidad del monocristal de OSC. Para lograr esto, adoptamos un recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono, Dotite XC-9089, que es una mezcla ternaria; grafito como principal conductor eléctrico; negro de carbón como aditivo conductor; y un aglutinante de poliacrilato en acetato de butilo. Se seleccionó el acetato de butilo como un solvente libre de daños debido a su buena humectabilidad y pobre solubilidad en monocristales C9 – DNBDT – NW y PhC2 – BQQDI. Un rociador electrostático (Fig. 1b), en el que se aplica un alto voltaje de 10 a 13 kV a una boquilla rociadora para atomizar la eyección mediante repulsión electrostática, puede transformar eficientemente la suspensión de carbono en una niebla, lo que resulta en una rápida evaporación del solvente. . Esto también contribuye a reducir el daño a las películas OSC. A través de un recubrimiento por pulverización electrostática, el electrodo de carbono se modeló sobre un sustrato de hasta 100 mm × 100 mm utilizando una máscara de plantilla recubierta con un polímero CYTOP solvofóbico, lo que evitó que la suspensión de carbono se extendiera debajo de la máscara. De acuerdo con el método de modelado, se formó con éxito un electrodo de contacto de carbono a base de grafito en ambas películas OSC grabadas con láser, como se muestra en las imágenes de microscopía óptica polarizada (POM) de los OTFT de tipo p y n resultantes en la Fig. 1c. ,F. La longitud del canal (L) y el ancho (W) fueron de 100 μm y 200 μm, respectivamente, de modo que L/W fue de 0,5 para ambos OTFT. El método de modelado también redujo con éxito la longitud del canal OTFT a 50 μm.

Las características de los transistores de los OTFT de tipo p y n se muestran en la Fig. 1d, e, g, h. Las movilidades efectivas del efecto de campo (μeff) extraídas de las curvas de transferencia en el régimen de saturación fueron 10,9 cm2 V-1 s-1 (9,8 ± 0,6 cm2 V-1 s-1, N = 6) y 1,4 cm2 V-1 s −1 (1,4 ± 0,2 cm2 V−1 s−1, N = 3) para los OTFT de tipo p y n, respectivamente. Estos valores son tan altos como los informados anteriormente para OTFT que consisten en electrodos de contacto de oro de uso común y los mismos OSC14,16,24. Los voltajes de umbral y de encendido (Vth y Von) se estimaron en − 2,3 y + 1,5 V para el OTFT tipo p, y − 0,2 y − 2,0 V para el OTFT tipo n, respectivamente, lo que indica que ambos OTFT se encendieron. a un voltaje casi nulo. Además, las curvas de transferencia en el régimen de saturación y las curvas de producción exhibieron una histéresis insignificante y una alta relación de corriente de encendido y apagado de más de 106, que es un comportamiento similar al de un libro de texto. Por lo tanto, cabe destacar que los electrodos de carbono depositados electrostáticamente son excelentes sustitutos de los electrodos de contacto de metales nobles convencionales en OTFT. Esto también está respaldado por los resultados de la espectroscopía de rendimiento de fotoelectrones (PYS) en la figura complementaria 1 en línea, que reveló que la suspensión de carbono exhibe una función de trabajo alta ΦC = 5,28 eV, que es tan alta como la del oro27. Además, estos resultados implican que el recubrimiento por pulverización electrostática de películas delgadas de OSC es un proceso libre de daños incluso aunque la suspensión de carbono se rocíe directamente sobre la superficie de las películas, lo que da como resultado una heteroestructura funcional entre el electrodo de carbono y las OSC.

En este informe, diseñamos intencionalmente OFET con una L relativamente grande (en el rango de 100 μm). Esto se debe principalmente a las restricciones de la máscara de plantilla. Descubrimos que la longitud real del canal en el sustrato es ligeramente mayor (aproximadamente 5 μm) que la longitud del canal diseñado, que corresponde a la longitud de la máscara de la plantilla. Esto indica claramente que los bordes del patrón se extienden por deposición de partículas de carbono sombreadas del patrón de máscara, es decir, el efecto de sombra. Es factible mejorar la precisión del patrón mediante un proceso de fotolitografía.

Un inversor complementario consta de un OFET tipo p y un tipo n; por tanto, se considera el circuito complementario más simple. Por lo tanto, se demostró el funcionamiento de inversores complementarios basados ​​​​en estos OTFT, en los que un OTFT de tipo p y otro de tipo n estaban conectados entre sí, como se muestra en la Fig. 2a, b. La Figura 2c muestra las curvas de transferencia de voltaje obtenidas con voltajes de suministro (Vdd) de 5, 10 y 15 V. Se observaron oscilaciones completas de riel a riel, histéresis pequeña y comportamiento de conmutación de encendido y apagado en todos los valores de Vdd debido al equilibrio. OTFTs en el inversor complementario. El voltaje de conmutación, correspondiente al voltaje cuando Vout = Vin (Vout: voltaje de salida y Vin: voltaje de entrada), fue casi la mitad del valor del Vdd aplicado; por ejemplo, el voltaje de conmutación fue de 4,89 V en Vdd de 10 V. La ganancia máxima de la señal (Ganancia = ∂Vout/∂Vin) alcanzó 20 en Vdd de 10 V cuando Vin estaba alrededor del voltaje de conmutación (Fig. 2e). Además, la corriente de disparo (Ithrough) se representa en función de Vin en la figura 2d. En una operación de 10 V, I a Vin = 0 V y Vin = Vdd = 10 V fue de aproximadamente 2 nA, lo que resultó en un consumo mínimo de energía estática de 20 nW. Además, el Ithrough mostró un valor máximo de 0,52 μA a la tensión de conmutación. Como resultado, el circuito complementario más simple, el inversor, se operó con éxito utilizando un electrodo de contacto de carbono. Todas las propiedades se resumen en la Tabla 1.

Inversor complementario con electrodos de contacto de carbono. (a) Diagrama de circuito y (b) configuración del dispositivo de un inversor complementario que consta de un OTFT tipo p y otro tipo n con electrodos de contacto de carbono. (c) Curvas de transferencia de voltaje, (d) corriente de disparo y (e) ganancia de voltaje en el rango Vdd de 5 a 15 V.

También demostramos OTFT sin metales reemplazando el sustrato de parileno/Al/vidrio antes mencionado por un parileno/XC-9089/poli(metacrilato de metilo) (PMMA) totalmente a base de carbono. El procedimiento de fabricación secuencial se ilustra en la Fig. 3a. El electrodo de puerta de carbono se modeló sobre un sustrato de vidrio Eagle XG tratado con UV/O3 mediante recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono XC-9089 como se describió anteriormente. El electrodo de carbono se recubrió por rotación con una solución al 20% en peso de PMMA (Mw = 120.000) en acetonitrilo y luego se coció en una placa caliente a 80 °C durante 30 minutos. El recubrimiento por rotación se realizó dos veces para obtener una película de PMMA gruesa y autónoma. Se colocó un sustrato de soporte compuesto de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) encima de la película de PMMA, seguido de recocido a 100 °C durante 1 h. Todo el sustrato se puso boca abajo y se sumergió en agua desionizada a temperatura ambiente, lo que resultó en la eliminación del sustrato de vidrio tratado con UV / O3 (Fig. 3b). Después de secar al vacío durante la noche a temperatura ambiente, se obtuvo un electrodo de puerta de carbono incrustado en una película de PMMA. La rugosidad superficial promedio aritmética (Ra) del electrodo de puerta de carbono se evaluó como 30 a 60 nm con microscopía interferométrica de imágenes, lo que resultó en una superficie relativamente lisa independientemente del tamaño promedio de partícula de grafito de 3 μm. Esto se debe a que el vidrio Eagle XG actuó como una plantilla de superficie lisa, y tanto el negro de carbón como el aglutinante polimérico llenaron los espacios entre las partículas de grafito. Los siguientes procesos, como el recubrimiento de parileno, la transferencia de la película delgada C9 – DNBDT – NW y el grabado con láser, se realizaron utilizando el mismo procedimiento anterior. Como se muestra en las imágenes de POM obtenidas en condiciones de Nicol abierto (Fig. 3c) y Nicol cruzado (Fig. 3d), la película delgada de OSC se transfirió por encima de la puerta de carbono sin experimentar daños graves, como grietas en el cruce de canales. El Ci del aislante de la puerta, parileno, con un espesor de 214 nm, se evaluó como 12,8 nF cm-2. Finalmente, se obtuvieron OTFT integrados en una película de PMMA autónoma formando un electrodo de contacto de carbono mediante un recubrimiento por pulverización electrostática y luego retirando el sustrato de soporte de PDMS. Es de destacar que todos los componentes, a saber, el sustrato, los electrodos, el aislante de compuerta y el semiconductor, son materiales a base de carbono en lugar de metales.

Fabricación de OTFT sin metal. ( a ) Procedimiento de fabricación secuencial de un OTFT sin metal compuesto de C9 – DNBDT – NW como OSC, carbono como electrodos de contacto y de compuerta, parileno como aislante polimérico de hidrocarburo y PMMA como sustrato. (b) Foto de una película estampada de carbono/PMMA que se retira de un sustrato de vidrio en un baño de agua. ( c, d ) Imágenes POM de una película delgada C9 – DNBDT – NW transferidas a una película de parileno / carbono / PMMA y luego grabadas con láser. Observado en condiciones (c) de Nicol abierto y (d) de Nicol cruzado, respectivamente.

La Figura 4a muestra una película de PMMA independiente de 30 mm × 30 mm, que es incolora y transparente, excepto los restos de electrodos de carbono. Las Figuras 4b, c muestran imágenes POM de un OTFT tipo p sin metal en la película de PMMA observadas en condiciones de Nicol abierto y Nicol cruzado, respectivamente. L/W del canal fue de 100 µm/170 µm. También se investigaron las características del transistor del OTFT sin metal. Las Figuras 4d-f muestran las curvas de transferencia en el régimen de saturación, las μeff correspondientes y las curvas de salida, respectivamente. Las características fueron una ligera mejora con respecto a las del OTFT tipo p Al-gate antes mencionado; por ejemplo, se estimó que Vth y Von eran − 1,5 y + 1,0 V, lo que indica que el voltaje de encendido era cercano a cero. Además, el OTFT sin metal exhibió una alta relación de corriente de encendido y apagado de más de 108 y un μeff relativamente alto de 7,3 cm2 V-1 s-1 (4,4 ± 2,1 cm2 V-1 s-1, N = 11). Aunque este proceso de fabricación sin metales puede ser universalmente aplicable tanto a los OSC de tipo p como a los de tipo n, la calidad de las películas delgadas monocristalinas de los OSC de tipo n tiene margen de mejora, lo que claramente provoca la falta de reproducibilidad en la fabricación de CMOS. circuitos. En general, estos resultados sugieren que se pueden realizar OTFT libres de metales y totalmente basados ​​en carbono.

Características de los OTFT sin metales. (a) Fotografía de OTFT sin metal en una película de PMMA independiente de 30 mm por 30 mm. ( b, c ) Imágenes POM del OTFT sin metal en condiciones (b) de Nicol abierto y (c) de Nicol cruzado, respectivamente. (d) Curva de transferencia en el régimen de saturación (VD = − 15 V), (e) movilidades efectivas correspondientes trazadas como funciones de VG y (f) curva de salida del OTFT sin metal.

En este estudio, desarrollamos un método de recubrimiento por pulverización electrostática para modelar electrodos de contacto de carbono a base de grafito en películas delgadas de OSC monocristalinas de tipo p y n sin daños graves. Los OTFT de tipo p y n resultantes exhibieron excelentes características de transistor representadas por movilidades de efecto de campo altamente efectivas de 11 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo p y 1,4 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo n. respectivamente. Estas características son comparables a las de los OTFT comunes que poseen electrodos de contacto de oro, lo que indica claramente que el carbono barato, ampliamente distribuido y de fácil acceso puede reemplazar metales preciosos como el oro, la plata y el platino como materiales eficaces para electrodos de contacto para los OTFT. La presente suspensión de carbono se puede utilizar para otras técnicas de impresión, tales como impresión por inyección de tinta e impresión offset. Actualmente, utilizamos el polvo de grafito disponible comercialmente con un tamaño de partícula promedio de 3 μm. Una mayor reducción del tamaño de las partículas permite obtener un patrón más fino, lo que será una cuestión clave para el futuro. Además, operamos con éxito el circuito complementario más simple, un inversor, que consta de OTFT de tipo p y n con voltajes de suministro de 5 a 15 V. El área recubierta por aspersión se amplía fácilmente al extender la distancia de escaneo de la boquilla, y tenemos ya logró modelar el electrodo de carbono en un sustrato de 50 mm × 50 mm. En este documento, también fabricamos y operamos un OTFT totalmente basado en carbono compuesto por un OSC tipo p, electrodos de carbono, aisladores poliméricos de hidrocarburos y un sustrato de PMMA. Por lo tanto, en un futuro próximo se realizará la fabricación de circuitos integrados libres de metal utilizando electrodos de carbono, y las aplicaciones OTFT en dispositivos electrónicos imprimibles flexibles lograrán mayores avances.

El OSC de tipo p, C9 – DNBDT – NW, se sintetizó y purificó internamente. El OSC de tipo n y PhC2-BQQDI se adquirieron de FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation. La suspensión de carbono Dotite XC-9089 (Fujikura Kasei Co., Ltd.) se preparó mezclando polvo de grafito (tamaño de partícula promedio: 3 μm) y negro de humo con aglutinante de poliacrilato en acetato de butilo. El contenido de sólidos fue de aproximadamente 20% en peso, con una relación en peso de grafito:negro de humo:aglutinante de 3:1:1. Todos los demás productos químicos y materiales utilizados estaban disponibles comercialmente.

La pulverización electrostática se realizó utilizando un Micro Mist Coater PDR-06 (Nagase Techno-Engineering Co. Ltd.). Ambos lados de una máscara de plantilla de acero inoxidable se recubrieron con una cuchilla con un polímero fluorado, CYTOP (AGC Inc.), para hacer que la superficie de la máscara fuera solvofóbica. Después de lavarla con 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridecafluorooctano para eliminar el exceso de CYTOP, la máscara se colocó sobre el sustrato objetivo y se conectó al suelo. El sustrato enmascarado se calentó a 80 °C y luego se recubrió electrostáticamente 10 veces con XC-9089 suministrando la suspensión de carbono a un caudal de 0,10 ml/min a una boquilla de pulverización a la que se le había aplicado un voltaje de 10 a 13 kV. . La velocidad de exploración de la boquilla fue de 100 mm/s. Después de secarlo al vacío a 70 °C durante 1 h, se obtuvo el carbón estampado en el sustrato objetivo quitando la máscara de la plantilla.

Se fabricaron OTFT de tipo p y n con electrodos de contacto de carbono sobre sustratos de vidrio Eagle XG (Corning Inc.) con un espesor de 0,7 mm. Sobre un sustrato de vidrio limpiado con plasma de O2, se depositó Al de 30 nm de espesor y se modeló mediante evaporación por haz de electrones a través de una máscara de plantilla de acero inoxidable (t = 50 μm). La capa de Al se encapsuló con parileno diX-SR (KISCO Ltd.) de 200 nm de espesor, que sirvió como aislante de puerta. Como se describió en nuestro estudio anterior26, se obtuvieron películas delgadas monocristalinas de OSC de tipo p y n mediante fundición continua de bordes de una solución al 0,02% en peso de C9-DNBDT-NW en 3-clorotiofeno en Eagle tratado con UV/O3. Vidrio XG a 90 °C y una solución al 0,02% en peso de PhC2-BQQDI en 1-cloronaftaleno sobre vidrio nanoesmerilado24 a 148 °C, respectivamente. Después del vaciado de los bordes, cada sustrato se cortó en pedazos. La película C9 – DNBDT – NW se colocó directamente boca abajo sobre el sustrato de parileno/Al/vidrio y luego se transfirió al sustrato aplicando unas gotas de agua ultrapura entre los dos sustratos22. Mientras tanto, la película PhC2-BQQDI se transfirió al sustrato de parileno/Al/vidrio a través de un sustrato de relé hecho de PDMS para evitar daños graves a la película24. Después de secarlas al vacío a 80 °C durante 10 h, ambas películas OSC transferidas se modelaron mediante un proceso de ablación láser utilizando un láser de itrio-aluminio-granate (YAG) y un láser de picosegundo UV (λ = 355 nm). La longitud del canal (L) y el ancho (W) fueron de 100 y 200 μm, respectivamente, y L/W fue de 0,5. Los electrodos de contacto de carbono se modelaron sobre las películas OSC mediante recubrimiento por pulverización electrostática a través de una máscara de plantilla de acero inoxidable recubierta con CYTOP, como se describió anteriormente.

Los inversores complementarios con electrodos de contacto de carbono se fabricaron utilizando el mismo procedimiento que el anterior, pero L / W fue de 95 μm/20 μm para el tipo p C9 – DNBDT – NW y de 95 μm / 500 μm para el tipo n PhC2 – BQQDI.

Todas las mediciones eléctricas se realizaron utilizando un sistema de caracterización de semiconductores, 4200-SCS (Keithley), en condiciones ambientales y de oscuridad. La movilidad efectiva del efecto de campo, μeff, en el régimen de saturación se determinó a partir de las características de transferencia utilizando

donde ID, sat, L, W, Ci, VG, Vth y VD son la corriente de drenaje en el régimen de saturación, la longitud del canal, el ancho del canal, la capacitancia por unidad de área, el voltaje de compuerta, el voltaje de umbral y el voltaje de drenaje, respectivamente. Los valores de Ci se determinaron a partir del espesor y la permitividad relativa del aislador de puerta parileno diX-SR.

Los datos que respaldan los argumentos de este artículo y otros hallazgos de este estudio están disponibles previa solicitud del autor correspondiente (Kazuyoshi Watanabe; [email protected]).

Crone, B. y col. Circuitos integrados complementarios de gran escala basados ​​en transistores orgánicos. Naturaleza 403, 521–523 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Gelinck, GH y cols. Pantallas flexibles de matriz activa y registros de desplazamiento basados ​​en transistores orgánicos procesados ​​en solución. Nat. Madre. 3, 106–110 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Cantatore, E. et al. Un sistema RFID de 13,56 MHz basado en transpondedores orgánicos. IEEE J. Circ de estado sólido. 42, 84–92 (2007).

ADS del artículo Google Scholar

Wei, Z. y col. Naturaleza del daño por irradiación térmica inducido por electrodos depositados al vacío en transistores orgánicos. Aplica. Navegar. Ciencia. 480, 523–528 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Dürr, AC et al. Morfología y comportamiento de interdifusión de películas metálicas evaporadas sobre películas delgadas cristalinas de diindenoperileno. J. Aplica. Física. 93, 5201–5209 (2003).

ADS del artículo Google Scholar

Dürr, AC, Schreiber, F., Kelsch, M., Carstanjen, HD & Dosch, H. Morfología y estabilidad térmica de contactos metálicos en películas delgadas orgánicas cristalinas. Adv. Madre. 14, 961–963 (2002).

3.0.CO;2-X" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1521-4095%2820020705%2914%3A13%2F14%3C961%3A%3AAID-ADMA961%3E3.0.CO%3B2-X" aria-label="Article reference 6" data-doi="10.1002/1521-4095(20020705)14:13/143.0.CO;2-X">Artículo de Google Scholar

Tang, Q. y col. Transistores monocristalinos orgánicos de tamaño micrométrico y nanométrico. Adv. Madre. 20, 2947–2951 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Matsui, H., Takeda, Y. y Tokito, S. Transistores orgánicos impresos y flexibles: de materiales a circuitos integrados. Org. Electrón. 75, 105432 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Kumagai, S., Makita, T., Watanabe, S. y Takeya, J. Impresión escalable de monocristales bidimensionales de semiconductores orgánicos para aplicaciones de dispositivos de alta gama. Aplica. Física. Expreso 15, 030101 (2022).

ADS del artículo Google Scholar

Okamoto, T. Semiconductores orgánicos de próxima generación impulsados ​​por núcleos de electrones π de forma curvada. Polimero. J. 51, 825–833 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Okamoto, T. y col. Semiconductores orgánicos de molécula pequeña tipo p en forma curvada: una estrategia de diseño molecular para aplicaciones prácticas de próxima generación. Mermelada. Química. Soc. 142, 9083–9096 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Lei, T., Wang, J.-Y. & Pei, J. Funciones de las cadenas flexibles en materiales semiconductores orgánicos. Química. Madre. 26, 594–603 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Lei, T. y col. Transistores de efecto de campo orgánicos estables al aire de alto rendimiento: polímeros conjugados a base de isoíndigo. Mermelada. Química. Soc. 133, 6099–6101 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Okamoto, T. y col. Semiconductores orgánicos tipo n robustos y de alto rendimiento. Ciencia. Adv. 6, eaz0632 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Makita, T. y col. Transferencia de electrodos metálicos sin daños a películas finas monocristalinas orgánicas monocapa. Ciencia. Rep. 10, 4702 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Kumagai, S. y col. Fabricación escalable de obleas orgánicas monocristalinas para matrices TFT reproducibles. Ciencia. Rep. 9, 15897 (2019).

ADS del artículo Google Scholar

Zhou, Z. y col. Cristales orgánicos libres de límites de grano en escala de pulgadas desarrollados mediante el método de cizallamiento controlado por semillas de nucleación. Aplicación ACS. Madre. Interfaces. 10, 35395–35403 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, Z., Peng, B., Ji, X., Pei, K. & Chan, PKL Método de recubrimiento de barras asistido por efecto Marangoni para cristales orgánicos de alta calidad con tensiones de compresión y tracción. Adv. Func. Madre. 27, 1703443 (2017).

Artículo de Google Scholar

Pisula, W. y col. Una técnica de fundición de zonas para la fabricación de dispositivos de transistores de efecto de campo basados ​​en hexa-peri-hexabenzocoroneno discótico. Adv. Madre. 17, 684–689 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Duffy, CM y cols. Películas de pentaceno alineadas de alta movilidad cultivadas mediante fundición por zonas. Química. Madre. 20, 7252–7259 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Peng, B. y col. Semiconductor monocapa cristalizado para resistencia de contacto óhmico, alta ganancia intrínseca y alta densidad de corriente. Adv. Madre. 32, 2002281 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Makita, T. y col. Membrana semiconductora de alto rendimiento compuesta de semiconductores orgánicos monocristalinos ultrafinos. Proc. Nacional. Acad. Ciencia. 117, 80–85 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Huseynova, G., Hyun Kim, Y., Lee, J.-H. & Lee, J. Avances crecientes en la aplicación de PEDOT:PSS como un próspero material de electrodo transparente y flexible para electrónica orgánica procesada en solución. J.Inf. Cuadro 21, 71–91 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Makita, T. y col. Vidrio nanoesmerilado como plantilla superhidrófila para imprimir películas finas monocristalinas orgánicas de alto rendimiento. Adv. Madre. Interfaces 8, 2100033 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Mitsui, C. y col. Materiales semiconductores orgánicos en forma de N procesables en solución de alto rendimiento con fase cristalina estabilizada. Adv. Madre. 26, 4546–4551 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Soeda, J. et al. Películas monocristalinas de semiconductores orgánicos de alta movilidad procesadas en solución en pulgadas. Aplica. Física. Expreso 6, 076503 (2013).

ADS del artículo Google Scholar

Waldrip, M., Jurchescu, OD, Gundlach, DJ y Bittle, EG Resistencia de contacto en transistores de efecto de campo orgánicos: conquistando la barrera. Adv. Func. Madre. 30, 1904576 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Agradecemos a Takeshi Aizawa, Fujikura Kasei Co. Ltd., por su ayuda en el desarrollo de la suspensión de carbono XC-9089. SW agradece el apoyo de la Iniciativa Líder para Jóvenes Investigadores Excelentes de JSPS. Este trabajo también fue apoyado en parte por JSPS KAKENHI (Subvenciones Nos. JP17H06123, JP20K15358, JP20H00387, JP20K20562 y JP20H05868) y por el Programa JST FOREST (Subvención No. JPMJFR2020).

Departamento de Ciencia de Materiales Avanzados, Escuela de Graduados en Ciencias Fronterizas, Universidad de Tokio, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japón

Kazuyoshi Watanabe, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe y Jun Takeya

NTT Device Technology Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone (NTT) Corporation, 3-1 Morinosato-Wakamiya, Atsugi, Kanagawa, 243-0198, Japón

Naoki Miura, Hiroaki Taguchi, Takeshi Komatsu y Hideyuki Nosaka

Centro de Investigación de Innovación de Materiales (MIRC), Escuela de Graduados en Ciencias de Frontera, Universidad de Tokio, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japón

Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe y Jun Takeya

Investigación precursora de ciencia y tecnología embrionarias (PRESTO), Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST), Kawaguchi, Saitama, 332-0012, Japón

Toshihiro Okamoto

Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales (WPI-MANA), Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Tsukuba, 305-0044, Japón

Jun Takeya

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

KW concibió y realizó los experimentos y analizó los datos. TO sintetizó y purificó el C9 – DNBDT – NW. NM, HT, TK y HN apoyaron la selección racional de materiales. KW y SW escribieron el manuscrito con importantes aportaciones de JTSW, y JT supervisó el estudio. Todos los autores discutieron los resultados y revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Kazuyoshi Watanabe, Shun Watanabe o Jun Takeya.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Watanabe, K., Miura, N., Taguchi, H. et al. Electrodos de carbono pulverizados electrostáticamente para circuitos orgánicos complementarios de alto rendimiento. Representante científico 12, 16009 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19387-y

Descargar cita

Recibido: 15 de junio de 2022

Aceptado: 29 de agosto de 2022

Publicado: 07 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19387-y

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.