利用微噴墨技術研究溶液處理垂直堆疊互補有機電路

浦項科技大學創意IT工程系Jae-Joon Kim和Sungjune Jung教授研究團隊報告了具有高靜態噪聲容限 (SNM) 的溶液處理垂直堆疊互補有機場效應晶體管 (FET) 的制造和測量。他們使用具有晶體管上晶體管結構的理想平衡反相器，展示了通過噴墨打?。∕icroFab 高精度噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ）路由的通用邏輯門的第一個例子。VS-COFET逆變器顯示出可靠的輸出曲線，平均電壓增益為10.*V/V，并具有寬工作電壓（*至*0V）。

該報告主要介紹研究了有機互補邏輯電路基于兩個垂直堆疊的OFET。如下圖所示，底柵頂接觸PFET堆疊在頂柵底接觸NFET的頂部以形成互補晶體管。兩個晶體管共享一個柵電極，這使得制造更簡單，而無需為另一個柵極增加額外的步驟。這種共享柵極的晶體管上晶體管結構非常適合實現通用邏輯電路，因為NAND和NOR有兩對互補晶體管，它們的柵極是相連的。

▲ a) *D示意圖，b) 垂直堆疊互補場效應晶體管 (VS-COFET) 的橫截面示意圖

具有高噪聲容限的溶液處理垂直堆疊互補有機場效應晶體管（VS-COFET）總共由八層組成，包括熱蒸發金屬電極、溶液處理的互補有機半導體和溶液處理的介電膜。研究團隊發現選擇柵極介電材料對于通過溶液工藝垂直堆疊兩個晶體管至關重要。他們為PFET沉積了聚（4-乙烯基苯酚）和聚（三聚氰胺-共聚甲醛）（PVP:PMF）的熱交聯混合物，以及用于NFET的無定形含氟聚合物（Cytop）和PVP:PMF的組合。TIPS-并五苯和PVP:PMF以及P（NDI2OD-T2）和Cytop的組合在其他研究中顯示出良好的電氣性能。

使用對稱匹配的PFET和NFET，研究團隊制造了帶有噴墨打印布線的邏輯電路。為此目的，打印具有添加劑的高導電性聚（*,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）。VS-COFET逆變器的漏電極通過打印的線互連，如下圖所示。打印的線的制備方式是在MicroFab的高分辨率噴墨打印系統Jetlab?Ⅱ上將配制的墨水以液滴的方式落在底板上，最終在底板上沉積形成導電線。所使用的是由MicroFab提供的40μm噴頭。最終打印的PEDOT:PSS線的寬度約為**0μm，長度約為2.*mm。從下圖b的I-V曲線斜率可知A和B節點之間的電阻為4**.4Ω并且單位面積的薄層電阻約為60Ω。由于逆變器的靜態電流相對較低（1μA），因此在逆變器運行期間觀察到的電壓降可以忽略不計（*00μV）。如下圖c所示，噴墨路由逆變器顯示出與外部連接逆變器幾乎相同的直流操作，外部連接逆變器的漏極節點被探針臺短路。

▲ a) 具有噴墨打印布線的VS-COFET逆變器（虛線區域）。b)噴墨打印線的I-V曲線和薄層電阻。c) 外部連接逆變器和噴墨路由逆變器之間的比較。噴墨打印線電阻的影響可以忽略不計。

最后，通用邏輯門的配置是通過相同的路由技術獲得的。兩對VS-COFET（四個晶體管）用于構建每個通用邏輯電路。下圖a、b顯示了2輸入NAND和2輸入NOR與導線互連的電路原理圖和圖像。電路原理圖顯示了器件結構和噴墨布線。邏輯電路的動態測量結果示于下圖c、d?；赩S-COFET和噴墨打印線的NAND和NOR門都顯示出正確的邏輯操作。

▲ a,b) 與導線互連的2輸入NAND和2輸入NOR的電路原理圖和圖像。c,d) NAND和NOR電路的動態測量結果。

參考文獻：

[1] Jimin K, Sujeong K,Sejung Y, et al. Solution-Processed Vertically Stacked Complementary Organic Circuits with Inkjet-Printed Routing[J]. Advanced Science, 201*.

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