有機電気化学トランジスタ (OECT) は、ゲート電極に印加される電圧のわずかな変化に応答して電流を変調する能力で知られる有機超伝導材料をベースとした新興クラスのトランジスタです。有機半導体をベースにした他のエレクトロニクスと同様に、これらのトランジスタは、脳にインスピレーションを得たさまざまなウェアラブル技術の開発に有望である可能性があります。

OECT には、有望な増幅機能やセンシング機能など、さまざまな注目すべき利点があります。低い駆動電圧と多用途な構造。これらの利点にもかかわらず、これまでに開発されたほとんどの従来型 OECT は、安定性の制限や酸化還元プロセスの遅さなど、性能を著しく損なう可能性があるさまざまな制限があることがわかっています。

ノースウェスタン大学の研究者らは最近、高密度で機械的に柔軟な OECT を製造するための新しい戦略の概要を発表しました。彼らが提案したアプローチは、紙でネイチャーエレクトロニクス、OECT アレイおよび回路に基づいてさまざまな電子コンポーネントを作成するために使用されました。

「有機電気化学トランジスタ（OECT）は、バイオセンサー、ウェアラブルデバイス、神経形態システムの作成に使用できる」とJaehyun Kim氏、Robert M. Pankow氏らは論文で述べている。

「しかし、有機半導体のマイクロおよびナノパターニングにおける制限やトポロジー的不規則性により、モノリシック集積回路での使用が制限されることがよくあります。私たちは、電子ビーム露光による有機半導体のマイクロパターニングを使用して高密度を作成できることを示します。」(1cmあたり最大約720万OECT2^{)、機械的に柔軟な垂直 OECT アレイと回路。」}OECT アレイを製造するために、Kim 氏、Pankow 氏らはまず、p チャネルと n チャネルの両方の有機半導体膜を直接電子ビームにさらしました。

として知られるこの方法電子ビームリソグラフィー(eBL) により、材料を損傷する可能性のあるマスクや化学溶剤を使用せずに、半導体フィルム上にパターンを作成できるようになりました。これにより、イオンを伝導する能力に影響を与えることなく、膜が電子的に不活性（つまり、絶縁）になりました。

このプロセスで得られたパターン化された膜は、超小型かつ高密度でありながら、明確に定義された導電性チャネル領域も示していました。さらに、研究者らが採用した eBL 戦略により、OECT 構造のアレイや回路への効果的な多層統合が可能になりました。

「高エネルギー電子は、モノリシック集積に不可欠なイオン伝導性と酸化還元活性未露光領域とのトポロジカル連続性を維持しながら、半導体露光領域を電子絶縁体に変換する」とキム氏、パンコウ氏らは論文で述べている。「結果として得られる p- とn型垂直型 OECT アクティブ マトリックス アレイは、0.08 – 1.7 – S の相互コンダクタンス、100 – s 未満の過渡時間、および 100,000 サイクルを超える安定したスイッチング特性を示します。

製造戦略の可能性をさらに実証するために、研究者らはそれを利用して、NOT、NAND、NOR ゲートなどの OECT に基づいたさまざまな垂直スタック論理回路を作成することに成功しました。彼らが作成した回路は、優れた動作安定性を維持しながら、非常に優れた性能を発揮することがわかりました。

将来的には、この最近の研究は、OECT 回路の安定性と性能を向上させる同様のアプローチの開発に役立つ可能性があります。さらに、導入された新しい電子ビーム露光戦略は、OECT のスケーラブルな製造を促進し、電子デバイスへの統合に貢献する可能性があります。

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