利用微噴墨技術(shù)研究溶液處理垂直堆疊互補有機電路

浦項科技大學(xué)創(chuàng )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(tài)噪聲容限 (SNM) 的溶液處理垂直堆疊互補有機場(chǎng)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(guò)噴墨打?。∕icroFab 高精度噴墨打印系統 Jetlab?Ⅱ）路由的通用邏輯門(mén)的第一個(gè)例子。VS-COFET逆變器顯示出可靠的輸出曲線(xiàn)，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(gè)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(gè)晶體管共享一個(gè)柵電極，這使得制造更簡(jiǎn)單，而無(wú)需為另一個(gè)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(shí)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(chǎng)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(chǎng)效應晶體管（VS-COFET）總共由八層組成，包括熱蒸發(fā)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(fā)現選擇柵極介電材料對于通過(guò)溶液工藝垂直堆疊兩個(gè)晶體管至關(guān)重要。他們?yōu)镻FET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(lián)混合物，以及用于NFET的無(wú)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(chēng)匹配的PFET和NFET，研究團隊制造了帶有噴墨打印布線(xiàn)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(guò)打印的線(xiàn)互連，如下圖所示。打印的線(xiàn)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(xiàn)。所使用的是由MicroFab提供的40μm噴頭。最終打印的PEDOT:PSS線(xiàn)的寬度約為**0μm，長(cháng)度約為2.*mm。從下圖b的I-V曲線(xiàn)斜率可知A和B節點(diǎn)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(tài)電流相對較低（1μA），因此在逆變器運行期間觀(guān)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(diǎn)被探針臺短路。

▲ a) 具有噴墨打印布線(xiàn)的VS-COFET逆變器（虛線(xiàn)區域）。b)噴墨打印線(xiàn)的I-V曲線(xiàn)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(xiàn)電阻的影響可以忽略不計。

最后，通用邏輯門(mén)的配置是通過(guò)相同的路由技術(shù)獲得的。兩對VS-COFET（四個(gè)晶體管）用于構建每個(gè)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(xiàn)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(xiàn)。邏輯電路的動(dòng)態(tài)測量結果示于下圖c、d?；赩S-COFET和噴墨打印線(xiàn)的NAND和NOR門(mén)都顯示出正確的邏輯操作。

▲ a,b) 與導線(xiàn)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(dòng)態(tài)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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