Сенсоры на основе органических тонкопленочных транзисторов

Тема: Сенсоры на основе органических тонкопленочных транзисторов

ВВЕДЕНИЕ

Органические тонкопленочные транзисторы (OTFT) были предметом большого внимания в научном сообществе в последние десятилетия . Из-за их низкой стоимости и простоты изготовления OTFT кажутся идеальными для использования в чувствительных приложениях, в которых может возникнуть желание использовать дешевые одноразовые устройства, которые могут обеспечить точные результаты. Например, массив чувствительных устройств может быть напечатан на одном устройстве, чтобы реализовать истинное предложение  lab-on-chipition  для определения концентрации определенных целевых аналитов в образце. Кроме того, органические материалы с большей вероятностью совместимы с высокоселективными элементами биологического распознавания, такими как ферменты, которые могут служить основой для эффективных датчиков.

1. Органические тонкопленочные транзисторы

OTFT представляют собой трехконтактные электрические устройства, которые, подобно обычным транзисторам, позволяют контролировать электрический ток, протекающий между двумя электродами (источник и дренаж) посредством модуляции напряжения (или тока) на третьем электроде (затвор). Термин OTFT можно в общем использовать для обозначения большинства типов органических транзисторов; однако (в зависимости от механизма, используемого для достижения текущей модуляции), органические транзисторы обычно классифицируются в одну из нескольких категорий. К этим категориям относятся (но не ограничиваются ими):

- Органические полевые транзисторы (OFET): OFET работают аналогично обычным MOSFET (полупроводниковым полевым транзистором) или TFT (тонкопленочным транзисторным) устройствам, в которых электрическое поле устанавливается через диэлектрический слой, разделяющий электрод затвора из полупроводникового слоя .Это электрическое поле может манипулировать размером и формой области с высокой проводимостью и, следовательно, модулировать протекающий через полупроводник материал, создавая связь между напряжением затвора (VG) и током стока (ID).

- Органические электрохимические транзисторы (OECT): OECT работают, индуцируя реакцию восстановления или окисления, которая влияет на ID, из-за напряжения на электроде затвора. Часто эти устройства могут походить на обычные трехконтактные электрохимические ячейки, в которых электроды источника, стока и затвора играют роли рабочих, счетных и эталонных электродов. Другие типы OECT более похожи на стандарт OFET, в котором происходит некоторая электрохимическая реакция на границе раздела полупроводника для облегчения токовой модуляции. Многие другие категории устройств, перечисленные ниже, можно рассматривать как подкатегории OECT.

- Электролитические транзисторы с эффектом поля (EGOFET): EGOFET используют слой электролита (в твердой или жидкой форме) для отделения электрода затвора от полупроводникового слоя. Этот слой электролита позволяет осуществлять ионное движение внутри него, что приводит к накоплению заряда на его границах и последующим электрохимическим реакциям. Одним из преимуществ EGOFET является их низкое рабочее напряжение; однако они могут страдать от плохих скоростей переключения из-за их зависимости от электрохимической активности. EGOFETs с ион-селективными мембранами, которые могли бы улучшить их способность применяться в чувствительных приложениях, также были успешно продемонстрированы недавно.

Ион-чувствительные OFET (ISOFET): аналог ионно-чувствительного семейства FET (ISFET) кремниевых устройств, ISOFETs подобны EGOFET, поскольку они имеют слой электролита, примыкающий к электроду затвора . Однако, в отличие от EGOFET, ISOFET также имеют диэлектрический слой, который изолирует электролит от полупроводника.

- Транзисторы полевого эффекта гигроскопического изолятора (HIFET): HIFET можно рассматривать как подкатегорию как OECT, так и EGOFET. Первоначально предложенная группой Österbacka et al., HIFETs полагаются на гигроскопичность их диэлектрического слоя для создания влажной среды для свободного перемещения ионов внутри него. Эти ионы затем могут взаимодействовать с полупроводником на границе диэлектрика / полупроводника электрохимически и / или электростатически, чтобы модулировать ток через полупроводник (то есть, ID) путем изменения VG.