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Jun 03, 2023

électrostatiquement

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16009 (2022) Citer cet article

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Les transistors organiques à couches minces (OTFT) sont des blocs de construction prometteurs de dispositifs électroniques imprimables flexibles. Semblables aux FET inorganiques, les OTFT sont des hétérostructures composées de métaux, d'isolants et de semi-conducteurs, dans lesquelles les interfaces à l'échelle nanométrique entre différents composants doivent être conçues avec précision. Cependant, les OTFT utilisent des métaux nobles, tels que l'or, comme électrodes, ce qui a été un goulot d'étranglement en termes de réduction des coûts et de faible charge environnementale. Dans cette étude, nous démontrons que les électrodes de carbone à base de graphite peuvent être déposées et modelées directement sur un film mince monocristallin organique via un revêtement par pulvérisation électrostatique. Les OTFT actuels présentaient des mobilités à effet de champ raisonnablement élevées allant jusqu'à 11 cm2 V−1 s−1 pour le type p et 1,4 cm2 V−1 s−1 pour le type n sans détérioration significative pendant les processus de pulvérisation électrostatique. Nous démontrons également deux étapes importantes du point de vue de la science des matériaux : un circuit complémentaire, un onduleur composé d'OTFT de type p et n, et un OTFT sans métal fonctionnel composé de matériaux entièrement à base de carbone. Ces résultats constituent une étape clé dans la poursuite du développement des circuits intégrés imprimés sans métal.

Les transistors à couches minces (TFT) sont l'un des éléments constitutifs les plus importants des circuits électroniques1,2,3, où les hétérointerfaces entre divers composants tels que les métaux, les semi-conducteurs et les isolants jouent un rôle prédominant dans leurs performances4,5,6,7. Les processus de fabrication de TFT nécessitent un dépôt séquentiel de ces composants, ce qui est susceptible d'entraver la production fiable de dispositifs intégrés. Pour les TFT avec des semi-conducteurs organiques pouvant être traités en solution (OSC), en particulier, l'ingénierie de l'hétérointerface peut être plus délétère car elle doit être compatible avec la technologie d'impression8,9. Avec les développements récents en chimie10,11,12,13,14 et en ingénierie des dispositifs15,16,17,18,19,20 liés à l'électronique imprimée, les performances des OTFT traités en solution se sont améliorées. En particulier, pour les films minces monocristallins constitués de quelques monocouches d'OSC, des mobilités à effet de champ raisonnablement élevées > 10 cm2 V−1 s−1 avec une excellente stabilité environnementale ont été atteintes15,16,17,21,22. Le processus de fabrication amélioré permet la production de grandes membranes cristallines avec des couvertures surfaciques allant jusqu'à 100 cm2, ce qui facilite encore la production idéale de circuits intégrés fiables16.

Généralement, les OTFT nécessitent un dépôt séquentiel d'électrodes métalliques soit sur le dessus, soit sur la périphérie des films minces OSC. Les électrodes en or sont souvent utilisées comme électrodes de source, de drain et de grille. Il y a plusieurs raisons à cela : (1) la fonction de travail de l'or (~ 5,0 eV) correspond probablement au bord de la bande de valence (équivalent à l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) de la plupart des OSC de type p), (2) des électrodes en or de haute qualité peuvent être déposées par dépôt sous vide, et (3) les électrodes en or possèdent une stabilité environnementale élevée même si elles se présentent sous la forme de films ultra-minces. En particulier, la qualité de l'interface or/OSC est connue pour dominer les propriétés d'injection de porteurs et la résistance de contact interfaciale15,21. Bien que les électrodes à base de polymères conducteurs traités en solution, telles que PEDOT:PSS, aient été étudiées précédemment23, il existe peu d'études sur les substituts aux électrodes en or, ce qui constitue un goulot d'étranglement en termes de réduction des coûts et de faible charge environnementale dans l'électronique imprimée et flexible.

Dans cette étude, nous démontrons que le carbone à base de graphite peut être déposé et modelé directement sur des films minces OSC monocristallins via un revêtement par pulvérisation électrostatique et fonctionne comme une électrode de contact efficace pour les OTFT de type p et n. Les OTFT présentent d'excellentes caractéristiques de transistor avec des mobilités à effet de champ élevées allant jusqu'à 11 cm2 V−1 s−1 pour le type p et 1,4 cm2 V−1 s−1 pour les OTFT de type n, une tension d'activation proche de zéro, une hystérésis négligeable et un rapport de courant marche-arrêt d'environ 106, qui sont comparables à ceux des OTFT à contact en or14,16,24. De plus, un onduleur complémentaire composé d'OTFT de type p et n a été utilisé avec succès à une tension fournie (Vdd) de 5 à 15 V, qui est l'un des premiers circuits complémentaires organiques à fonctionner avec des électrodes de carbone à base de graphite. Nous avons également exploité un OTFT sans métal comprenant uniquement des matériaux à base de carbone, tels que l'OSC, des électrodes de contact/grille en carbone, des isolants polymères organiques et des substrats polymères organiques. Les résultats serviront de base au développement ultérieur de circuits intégrés complémentaires imprimés, sans métal.

Nous avons utilisé nos OSC à petites molécules de référence, le 3,11-dinonyldinaphto[2,3-d:2',3'-d']benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophène (C9–DNBDT–NW)25 et le N,N'-diphénéthyl-3,4,9,10-benzo[de]isoquinolino[1,8-gh]quinoléinetétracarboxylique diimide (PhC 2–BQQDI)14 pour les OTFT de type p et n, respectivement. La figure 1a montre la configuration du dispositif des OTFT à contact supérieur à grille inférieure fabriqués à l'aide des OSC ci-dessus et des électrodes de contact en carbone. De l'Al (t = 30 nm) et du parylène (t = 200 nm) ont été déposés séquentiellement sur du verre Eagle XG comme électrode de grille et isolant, respectivement. La capacité par unité de surface (Ci) a été évaluée à 13,7 nF cm-2 en fonction de son épaisseur et de sa permittivité relative εr = 3,1. Des films minces OSC monocristallins, fabriqués par coulée continue sur les bords26, ont été transférés sur le dessus, puis modelés par gravure au laser. La procédure de fabrication est décrite dans la section "Matériels et méthodes".

Configuration et caractéristiques des transistors des OTFT de type p et n avec électrodes de contact en carbone. ( a ) Configuration de dispositif d'OTFT avec électrodes de contact en carbone, dans laquelle un film mince monocristallin de type p C9 – DNBDT – NW ou de type n PhC2 – BQQDI a été utilisé comme couche OSC. (b) Schémas du revêtement par pulvérisation électrostatique d'une suspension de carbone comprenant de la poudre de graphite et du noir de carbone. La suspension de carbone a été atomisée par répulsion électrostatique grâce à la buse de charge à laquelle une haute tension de 10 à 13 kV a été appliquée. Le carbone a été modelé sur un substrat cible à travers un masque de pochoir revêtu de CYTOP. ( c ) Caractéristiques de transfert dans le régime de saturation (VD = - 30 V) et ( d ) caractéristiques de sortie d'un OTFT de type p comprenant C9 – DNBDT – NW comme couche OSC et du carbone comme électrodes de contact. ( e ) Image de microscopie optique polarisée (POM) de l'OTFT de type p dans des conditions croisées de Nicol. ( f ) Caractéristiques de transfert dans le régime de saturation (VD = 20 V) et ( g ) caractéristiques de sortie de l'OTFT de type n avec PhC2 – BQQDI comme couche OSC et carbone comme électrodes de contact. ( h ) Image POM de l'OTFT de type n dans des conditions croisées de Nicol. La longueur (L) et la largeur (W) du canal des deux OTFT étaient respectivement de 100 μm et 200 μm.

L'objectif de cette étude était de réussir le dépôt et la structuration d'électrodes de contact en carbone sur des films minces OSC sans aucune détérioration de la qualité du monocristal OSC. Pour y parvenir, nous avons adopté un revêtement par pulvérisation électrostatique d'une suspension de carbone, Dotite XC-9089, qui est un mélange ternaire ; le graphite comme conducteur électrique principal ; du noir de carbone comme additif conducteur ; et un liant polyacrylate dans l'acétate de butyle. L'acétate de butyle a été sélectionné comme solvant sans dommage en raison de sa bonne mouillabilité et de sa faible solubilité dans les monocristaux C9 – DNBDT – NW et PhC2 – BQQDI. Un spray électrostatique (Fig. 1b), dans lequel une haute tension de 10 à 13 kV est appliquée à une buse de pulvérisation pour atomiser l'éjection par répulsion électrostatique, peut transformer efficacement la suspension de carbone en un brouillard, entraînant une évaporation rapide du solvant. Cela contribue également à réduire les dommages aux films OSC. Grâce au revêtement par pulvérisation électrostatique, l'électrode de carbone a été modelée sur un substrat allant jusqu'à 100 mm × 100 mm à l'aide d'un masque de pochoir recouvert d'un polymère CYTOP solvophobe, qui a empêché la suspension de carbone de se répandre sous le masque. Selon la méthode de structuration, une électrode de contact en carbone à base de graphite a été formée avec succès sur les deux films OSC gravés au laser, comme le montrent les images de microscopie optique polarisée (POM) des OTFT de type p et n résultants sur la Fig. 1c, f. La longueur (L) et la largeur (W) du canal étaient de 100 μm et 200 μm, respectivement, de sorte que L/W était de 0,5 pour les deux OTFT. La méthode de structuration a également réussi à réduire la longueur du canal OTFT à 50 μm.

Les caractéristiques des transistors des OTFT de type p et n sont illustrées à la Fig. 1d,e,g,h. Les mobilités effectives par effet de champ (μeff) extraites des courbes de transfert en régime de saturation étaient de 10,9 cm2 V−1 s−1 (9,8 ± 0,6 cm2 V−1 s−1, N = 6) et 1,4 cm2 V−1 s−1 (1,4 ± 0,2 cm2 V−1 s−1, N = 3) pour les OTFT de type p et n, respectivement. Ces valeurs sont aussi élevées que celles rapportées précédemment pour les OTFT constitués d'électrodes de contact en or couramment utilisées et des mêmes OSC14,16,24. Les tensions de seuil et d'activation (Vth et Von) ont été estimées à - 2,3 et + 1,5 V pour l'OTFT de type p, et - 0,2 et - 2,0 V pour l'OTFT de type n, respectivement, indiquant que les deux OTFT se sont allumés à une tension presque nulle. De plus, les courbes de transfert dans le régime de saturation et les courbes de sortie présentaient une hystérésis négligeable et un rapport de courant marche-arrêt élevé de plus de 106, ce qui est un comportement de type manuel. Par conséquent, il convient de souligner que les électrodes de carbone déposées électrostatiquement sont d'excellents substituts aux électrodes de contact en métal noble conventionnelles dans les OTFT. Ceci est également étayé par les résultats de la spectroscopie de rendement photoélectronique (PYS) dans la Fig. 1 supplémentaire en ligne, qui a révélé que la suspension de carbone présente une fonction de travail élevée ΦC = 5,28 eV, qui est aussi élevée que celle de l'or27. De plus, ces résultats impliquent que le revêtement par pulvérisation électrostatique de films minces OSC est un processus sans dommage même si la suspension de carbone est directement pulvérisée sur la surface des films, ce qui entraîne une hétérostructure fonctionnelle entre l'électrode de carbone et les OSC.

Dans ce rapport, nous avons intentionnellement conçu des OFET avec le L relativement grand (sur la plage de 100 μm). C'est principalement à cause des restrictions du masque de pochoir. Nous avons constaté que la longueur réelle du canal sur le substrat est légèrement supérieure (environ 5 μm) à la longueur du canal conçu, qui correspond à la longueur sur le masque de pochoir. Cela indique clairement que les bords du motif s'étendent par dépôt de particules de carbone ombragées par rapport au motif de masque, c'est-à-dire l'effet d'ombre. Il est possible d'améliorer la précision du motif à l'aide d'un processus de photolithographie.

Un onduleur complémentaire se compose d'un OFET de type p et d'un OFET de type n ; par conséquent, il est considéré comme le circuit complémentaire le plus simple. Ainsi, le fonctionnement d'onduleurs complémentaires basés sur ces OTFT, dans lesquels un OTFT de type p et un de type n étaient connectés l'un à l'autre, comme illustré sur les figures 2a, b, a été démontré. La figure 2c montre les courbes de transfert de tension obtenues à des tensions d'alimentation (Vdd) de 5, 10 et 15 V. Une oscillation complète rail à rail, une petite hystérésis et un comportement de commutation marche-arrêt ont été observés à toutes les valeurs Vdd en raison des OTFT équilibrés dans l'onduleur complémentaire. La tension de commutation, correspondant à la tension lorsque Vout = Vin (Vout : tension de sortie, et Vin : tension d'entrée), était presque la moitié de la valeur de la Vdd appliquée ; par exemple, la tension de commutation était de 4,89 V à Vdd de 10 V. Le gain de signal maximal (Gain = ∂Vout/∂Vin) atteignait 20 à Vdd de 10 V lorsque Vin était autour de la tension de commutation (Fig. 2e). De plus, le courant traversant (Ithrough) est tracé en fonction de Vin sur la figure 2d. Lors d'un fonctionnement à 10 V, Ithrough à Vin = 0 V et Vin = Vdd = 10 V était d'environ 2 nA, résultant en une consommation d'énergie statique minimale de 20 nW. De plus, le Ithrough présentait une valeur maximale de 0,52 μA à la tension de commutation. En conséquence, le circuit complémentaire le plus simple, l'onduleur, a été utilisé avec succès à l'aide d'une électrode de contact en carbone. Toutes les propriétés sont résumées dans le tableau 1.

Onduleur complémentaire avec électrodes de contact en carbone. (a) Schéma de circuit et (b) configuration de l'appareil d'un onduleur complémentaire composé d'un OTFT de type p et d'un type n avec des électrodes de contact en carbone. ( c ) Courbes de transfert de tension, ( d ) courant de passage et ( e ) gain de tension dans la plage Vdd de 5 à 15 V.

Nous avons également démontré des OTFT sans métal en remplaçant le substrat parylène/Al/verre susmentionné par un parylène/XC-9089/poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) entièrement à base de carbone. La procédure de fabrication séquentielle est illustrée à la Fig. 3a. L'électrode de grille en carbone a été modelée sur un substrat en verre Eagle XG traité aux UV/03 par revêtement par pulvérisation électrostatique d'une suspension de carbone XC-9089 comme décrit ci-dessus. L'électrode en carbone a été enduite par centrifugation d'une solution à 20 % en poids de PMMA (Mw = 120 000) dans de l'acétonitrile, puis cuite sur une plaque chauffante à 80 °C pendant 30 min. Le spin-coating a été effectué deux fois pour obtenir un film de PMMA épais et autoportant. Un substrat de support composé de poly (diméthylsiloxane) (PDMS) a été placé sur le film de PMMA, suivi d'un recuit à 100 ° C pendant 1 h. L'ensemble du substrat a été retourné et immergé dans de l'eau déminéralisée à température ambiante, ce qui a entraîné l'élimination du substrat en verre traité aux UV/O3 (Fig. 3b). Après séchage sous vide pendant une nuit à température ambiante, une électrode de grille en carbone noyée dans un film de PMMA a été obtenue. La rugosité de surface moyenne arithmétique (Ra) de l'électrode de porte en carbone a été évaluée à 30–60 nm avec une microscopie interférométrique d'imagerie, ce qui a donné une surface relativement lisse quelle que soit la taille moyenne des particules de graphite de 3 μm. En effet, le verre Eagle XG a agi comme un modèle de surface lisse et le noir de carbone et le liant polymère ont rempli les espaces entre les particules de graphite. Les processus suivants, tels que le revêtement de parylène, le transfert du film mince C9 – DNBDT – NW et la gravure au laser, ont été effectués en utilisant la même procédure que ci-dessus. Comme le montrent les images POM obtenues dans des conditions open-Nicol (Fig. 3c) et cross-Nicol (Fig. 3d), le film mince OSC a été transféré au-dessus de la grille de carbone sans subir de dommages graves, tels que des fissures traversant les canaux. Le Ci de l'isolant de grille, le parylène, d'une épaisseur de 214 nm, a été évalué à 12,8 nF cm-2. Enfin, des OTFT intégrés sur un film de PMMA autonome ont été obtenus en formant une électrode de contact en carbone au moyen d'un revêtement par pulvérisation électrostatique, puis en retirant le substrat de support en PDMS. Il convient de noter que tous les composants, à savoir le substrat, les électrodes, l'isolant de grille et le semi-conducteur, sont des matériaux à base de carbone plutôt que des métaux.

Fabrication d'OTFT sans métal. ( a ) Procédure de fabrication séquentielle d'un OTFT sans métal composé de C9 – DNBDT – NW comme OSC, de carbone comme électrodes de contact et de grille, de parylène comme isolant polymère hydrocarboné et de PMMA comme substrat. (b) Photo d'un film de carbone/PMMA à motifs retiré d'un substrat de verre dans un bain-marie. ( c, d ) Images POM d'un film mince C9 – DNBDT – NW transféré sur un film parylène / carbone / PMMA puis gravé au laser. Observé respectivement dans les conditions (c) open-Nicol et (d) cross-Nicol.

La figure 4a montre un film PMMA autoportant de 30 mm × 30 mm, qui est incolore et transparent, à l'exception des fractions d'électrode de carbone. Les figures 4b,c montrent des images POM d'un OTFT de type p sans métal sur le film PMMA observé dans des conditions ouvertes-Nicol et croisées-Nicol, respectivement. L/W du canal était de 100 μm/170 μm. Les caractéristiques des transistors de l'OTFT sans métal ont également été étudiées. Les figures 4d – f montrent les courbes de transfert dans le régime de saturation, le μeff correspondant et les courbes de sortie, respectivement. Les caractéristiques étaient une légère amélioration par rapport à celles de l'OTFT de type p Al-gate susmentionné; par exemple, Vth et Von ont été estimés à - 1,5 et + 1,0 V, indiquant que la tension d'amorçage était proche de zéro. De plus, l'OTFT sans métal présentait un rapport de courant marche-arrêt élevé de plus de 108 et un μeff relativement élevé de 7,3 cm2 V−1 s−1 (4,4 ± 2,1 cm2 V−1 s−1, N = 11). Bien que ce processus de fabrication sans métal puisse être universellement applicable à la fois aux OSC de type p et de type n, la qualité des couches minces monocristallines des OSC de type n peut encore être améliorée, ce qui entraîne clairement le manque de reproductibilité dans la fabrication des circuits CMOS. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que des OTFT sans métal et entièrement à base de carbone peuvent être réalisés.

Caractéristiques des OTFT sans métal. ( a ) Photo d'OTFT sans métal sur un film PMMA autoportant de 30 mm sur 30 mm. (b, c) Images POM de l'OTFT sans métal dans des conditions (b) open-Nicol et (c) cross-Nicol, respectivement. ( d ) Courbe de transfert en régime de saturation (VD = - 15 V), ( e ) mobilités effectives correspondantes tracées en fonction de VG et ( f ) courbe de sortie de l'OTFT sans métal.

Dans cette étude, nous avons développé une méthode de revêtement par pulvérisation électrostatique pour modeler des électrodes de contact en carbone à base de graphite sur des films minces OSC monocristallins de type p et n sans dommages graves. Les OTFT de type p et n résultants présentaient d'excellentes caractéristiques de transistor représentées par des mobilités à effet de champ effectives élevées de 11 cm2 V−1 s−1 pour les OTFT de type p et 1,4 cm2 V−1 s−1 pour les OTFT de type n, respectivement. Ces caractéristiques sont comparables à celles des OTFT courants possédant des électrodes de contact en or, ce qui indique fortement que le carbone bon marché, largement distribué et facilement accessible peut remplacer les métaux précieux tels que l'or, l'argent et le platine en tant que matériaux d'électrode de contact efficaces pour les OTFT. La présente suspension de carbone peut être utilisée pour d'autres techniques d'impression, telles que l'impression à jet d'encre et l'impression offset. Actuellement, nous avons utilisé la poudre de graphite disponible dans le commerce avec une granulométrie moyenne de 3 μm. Une réduction supplémentaire de la taille des particules permet une structuration plus fine, ce qui sera un problème clé pour l'avenir. De plus, nous avons utilisé avec succès le circuit complémentaire le plus simple, un onduleur, composé des OTFT de type p et n avec des tensions d'alimentation de 5 à 15 V. La zone revêtue par pulvérisation est facilement agrandie en étendant la distance de balayage de la buse, et nous avons déjà réussi à modeler l'électrode de carbone sur un substrat de 50 mm × 50 mm. Ici, nous avons également fabriqué et exploité un OTFT entièrement à base de carbone composé d'un OSC de type p, d'électrodes en carbone, d'isolants polymères hydrocarbonés et d'un substrat en PMMA. Par conséquent, la fabrication de circuits intégrés sans métal à l'aide d'électrodes en carbone sera réalisée dans un proche avenir, et les applications OTFT dans les dispositifs électroniques imprimables flexibles réaliseront de nouveaux progrès.

L'OSC de type p, C9-DNBDT-NW, a été synthétisé et purifié en interne. L'OSC de type n et le PhC2-BQQDI ont été achetés auprès de FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation. La suspension de carbone Dotite XC-9089 (Fujikura Kasei Co., Ltd.) a été préparée en mélangeant de la poudre de graphite (taille moyenne des particules : 3 µm) et du noir de carbone avec un liant polyacrylate dans de l'acétate de butyle. La teneur en solides était d'environ 20 % en poids, avec un rapport pondéral graphite/noir de carbone/liant de 3/1/1. Tous les autres produits chimiques et matériaux utilisés étaient disponibles dans le commerce.

La pulvérisation électrostatique a été réalisée à l'aide d'un Micro Mist Coater PDR-06 (Nagase Techno-Engineering Co. Ltd.). Les deux faces d'un masque stencil en acier inoxydable ont été enduites à la lame d'un polymère fluoré, CYTOP (AGC Inc.), pour rendre la surface du masque solvophobe. Après avoir été lavé avec du 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridécafluorooctane pour éliminer l'excès de CYTOP, le masque a été placé sur le substrat cible et relié à la terre. Le substrat masqué a été chauffé à 80 ° C, puis enduit par pulvérisation électrostatique 10 fois de XC-9089 en fournissant la suspension de carbone à un débit de 0, 10 ml / min dans une buse de pulvérisation à laquelle une tension de 10 à 13 kV avait été appliquée. La vitesse de balayage de la buse était de 100 mm/s. Après avoir été séché sous vide à 70 ° C pendant 1 h, le carbone à motifs sur le substrat cible a été obtenu en retirant le masque de pochoir.

Des OTFT de type p et n avec des électrodes de contact en carbone ont été fabriqués sur des substrats en verre Eagle XG (Corning Inc.) d'une épaisseur de 0, 7 mm. Sur un substrat de verre nettoyé par plasma O2, de l'Al de 30 nm d'épaisseur a été déposé et modelé par évaporation par faisceau d'électrons à travers un masque de stencil en acier inoxydable (t = 50 μm). La couche Al a été encapsulée par un parylène diX-SR de 200 nm d'épaisseur (KISCO Ltd.), servant d'isolant de grille. Comme décrit dans notre étude précédente 26 , des films minces monocristallins de OSC de type p et n ont été obtenus par coulée continue d'une solution à 0, 02% en poids de C9 – DNBDT – NW dans du 3-chlorothiophène sur du verre Eagle XG traité aux UV / O 3 à 90 ° C et une solution à 0, 02% en poids de PhC2 – BQQDI dans du 1-chloronaphtalène sur du verre nano-broyé à 148 ° C , respectivement. Après coulage des bords, chaque substrat a été découpé en morceaux. Le film C9-DNBDT-NW a été placé directement face vers le bas sur le substrat parylène/Al/verre puis transféré sur le substrat en appliquant quelques gouttes d'eau ultra-pure entre les deux substrats22. Pendant ce temps, le film PhC2-BQQDI a été transféré sur le substrat parylène/Al/verre via un substrat relais en PDMS pour éviter de graves dommages au film24. Après avoir été séchés sous vide à 80 ° C pendant 10 h, les deux films OSC transférés ont été modelés par un processus d'ablation au laser utilisant un laser yttrium-aluminium-grenat (YAG) et un laser UV picoseconde (λ = 355 nm). La longueur (L) et la largeur (W) du canal étaient de 100 et 200 μm, respectivement, et L/W était de 0,5. Les électrodes de contact en carbone ont été modelées sur les films OSC par revêtement par pulvérisation électrostatique à travers un masque stencil en acier inoxydable revêtu de CYTOP, comme décrit ci-dessus.

Des onduleurs complémentaires avec des électrodes de contact en carbone ont été fabriqués en utilisant la même procédure que ci-dessus, mais L/W était de 95 μm/20 μm pour le type p C9-DNBDT-NW et de 95 μm/500 μm pour le type n PhC2-BQQDI.

Toutes les mesures électriques ont été effectuées à l'aide d'un système de caractérisation des semi-conducteurs, 4200-SCS (Keithley), dans des conditions d'obscurité et ambiantes. La mobilité efficace par effet de champ, μeff, dans le régime de saturation a été déterminée à partir des caractéristiques de transfert en utilisant

où ID, sat, L, W, Ci, VG, Vth et VD sont respectivement le courant de drain dans le régime de saturation, la longueur du canal, la largeur du canal, la capacité par unité de surface, la tension de grille, la tension de seuil et la tension de drain. Les valeurs de Ci ont été déterminées à partir de l'épaisseur et de la permittivité relative de l'isolant de grille parylène diX-SR.

Les données à l'appui des tracés de cet article et d'autres conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant (Kazuyoshi Watanabe ; [email protected]) sur demande.

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Nous remercions Takeshi Aizawa, Fujikura Kasei Co. Ltd., pour son aide dans le développement de la suspension carbone XC-9089. SW reconnaît le soutien de la Leading Initiative for Excellent Young Researchers de JSPS. Ce travail a également été soutenu en partie par JSPS KAKENHI (Grant No. JP17H06123, JP20K15358, JP20H00387, JP20K20562 et JP20H05868) et par le JST FOREST Program (Grant No. JPMJFR2020).

Department of Advanced Materials Science, Graduate School of Frontier Sciences, Université de Tokyo, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japon

Kazuyoshi Watanabe, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe et Jun Takeya

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

Naoki Miura, Hiroaki Taguchi, Takeshi Komatsu et Hideyuki Nosaka

Material Innovation Research Center (MIRC), Graduate School of Frontier Sciences, Université de Tokyo, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japon

Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe et Jun Takeya

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Toshihiro Okamoto

Centre international de nanoarchitectonique des matériaux (WPI-MANA), Institut national de la science des matériaux (NIMS), Tsukuba, 305-0044, Japon

Jun Takeya

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KW a conçu et réalisé les expériences et analysé les données. TO a synthétisé et purifié le C9–DNBDT–NW. NM, HT, TK et HN ont soutenu la sélection rationnelle des matériaux. KW et SW ont rédigé le manuscrit avec une contribution importante de JTSW, et JT a supervisé l'étude. Tous les auteurs ont discuté des résultats et examiné le manuscrit.

Correspondance à Kazuyoshi Watanabe, Shun Watanabe ou Jun Takeya.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Watanabe, K., Miura, N., Taguchi, H. et al. Électrodes en carbone projetées électrostatiquement pour circuits complémentaires organiques à hautes performances. Sci Rep 12, 16009 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19387-y

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Reçu : 15 juin 2022

Accepté : 29 août 2022

Publié: 07 octobre 2022

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

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