第一作者：Jiajie Guo，Shinya E. Chen

通訊作者：David S. Ginger

通訊單位：華盛頓大學(xué)

論文速覽：

本研究聚焦于有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECTs）在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、生物電子學(xué)和實(shí)時(shí)傳感應(yīng)用中的開關(guān)時(shí)間因素。現(xiàn)有的設(shè)備操作模型無(wú)法解釋實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象：在積累模式的有機(jī)電化學(xué)晶體管中，關(guān)閉時(shí)間通常比打開時(shí)間快得多。

通過(guò)運(yùn)用原位光學(xué)顯微鏡技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成像了晶體管通道的局部摻雜水平，并展示了打開過(guò)程分為兩個(gè)階段——摻雜前沿的傳播和均勻摻雜——而關(guān)閉過(guò)程僅發(fā)生一個(gè)階段。研究歸因于關(guān)閉時(shí)間更快，這是工程因素以及物理和化學(xué)因素的結(jié)合，包括通道幾何形狀、摻雜和去摻雜動(dòng)力學(xué)的差異以及載流子密度依賴的遷移率現(xiàn)象。

研究顯示，離子傳輸限制了我們?cè)O(shè)備的操作速度。本研究為有機(jī)電化學(xué)晶體管的動(dòng)力學(xué)提供了洞見，并為設(shè)計(jì)更快的有機(jī)電化學(xué)晶體管提供了指導(dǎo)。

圖文導(dǎo)讀：

圖 1: OECT響應(yīng)時(shí)間。

圖 2: OECT與紫外-可見光譜電化學(xué)比較。

圖 3: 原位光學(xué)顯微鏡結(jié)合OECT開關(guān)。

圖 4: OECT遷移率和載流子密度。

圖 5: OECT響應(yīng)時(shí)間與操作變量的依賴性。

總結(jié)展望：

本研究通過(guò)原位光學(xué)顯微鏡技術(shù)結(jié)合OECT特性分析，揭示了積累模式OECTs開關(guān)行為的不對(duì)稱性。研究發(fā)現(xiàn)，OECT的打開過(guò)程包括兩個(gè)時(shí)間和空間上不同的階段：摻雜前沿的傳播和垂直摻雜。相比之下，關(guān)閉過(guò)程僅通過(guò)一個(gè)步驟發(fā)生，最快的去摻雜發(fā)生在靠近源極的位置，但整個(gè)通道的去摻雜動(dòng)力學(xué)變化較弱。

研究識(shí)別了影響設(shè)備更快關(guān)閉的幾個(gè)因素，包括通道幾何形狀、摻雜和去摻雜動(dòng)力學(xué)的差異以及載流子密度依賴的遷移率現(xiàn)象。研究進(jìn)一步展示了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蹲搅朔e累模式OECTs的開關(guān)行為，并提供了對(duì)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)的物理解釋。

此外，研究表明，離子傳輸似乎是限制設(shè)備動(dòng)力學(xué)的因素，我們從材料和設(shè)備的角度提供了工程更快積累模式OECTs的指導(dǎo)。作者預(yù)計(jì)這些結(jié)果將有助于為特定應(yīng)用選擇反離子化學(xué)和晶體管幾何形狀，并幫助改進(jìn)未來(lái)的基于物理的漂移-擴(kuò)散模型。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：Understanding asymmetric switching times in accumulation mode organic electrochemical transistors

期刊：Nature Materials