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Jun 03, 2023

electrostáticamente

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 16009 (2022) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Los transistores orgánicos de película delgada (OTFT) son componentes básicos prometedores de dispositivos electrónicos imprimibles flexibles. Al igual que los FET inorgánicos, los OTFT son heteroestructuras que consisten en metales, aislantes y semiconductores, en las que las interfaces a nanoescala entre diferentes componentes deben diseñarse con precisión. Sin embargo, los OTFT usan metales nobles, como el oro, como electrodos, lo que ha sido un cuello de botella en términos de reducción de costos y baja carga ambiental. En este estudio, demostramos que los electrodos de carbono a base de grafito se pueden depositar y modelar directamente en una película delgada monocristalina orgánica a través de un recubrimiento por pulverización electrostática. Los OTFT presentes exhibieron movilidades de efecto de campo razonablemente altas de hasta 11 cm2 V-1 s-1 para el tipo p y 1,4 cm2 V-1 s-1 para el tipo n sin deterioro significativo durante los procesos de pulverización electrostática. También demostramos dos hitos significativos desde el punto de vista de la ciencia de los materiales: un circuito complementario, un inversor que consta de OTFT de tipo p y n, y un OTFT sin metal operable compuesto de materiales completamente basados ​​en carbono. Estos resultados constituyen un paso clave en el desarrollo de circuitos integrados impresos libres de metales.

Los transistores de película delgada (TFT) son uno de los bloques de construcción más importantes de los circuitos electrónicos1,2,3, donde las heterointerfaces entre varios componentes, como metales, semiconductores y aislantes, juegan un papel predominante en su rendimiento4,5,6,7. Los procesos de fabricación de TFT requieren la deposición secuencial de estos componentes, lo que probablemente obstaculice la producción fiable de dispositivos integrados. Para TFT con semiconductores orgánicos procesables en solución (OSC), en particular, la ingeniería de heterointerfaz puede ser más perjudicial porque debería ser compatible con la tecnología de impresión8,9. Con los desarrollos recientes en química10,11,12,13,14 e ingeniería de dispositivos15,16,17,18,19,20 relacionados con la electrónica impresa, el rendimiento de los OTFT procesados ​​en solución ha ido mejorando. En particular, para películas delgadas monocristalinas que constan de unas pocas monocapas de OSC, se han logrado movilidades de efecto de campo razonablemente altas > 10 cm2 V-1 s-1 con excelente estabilidad ambiental15,16,17,21,22. El proceso de fabricación mejorado permite la producción de grandes membranas cristalinas con áreas de cobertura de hasta 100 cm2, lo que facilita aún más la producción ideal de circuitos integrados fiables16.

En general, los OTFT requieren la deposición secuencial de electrodos metálicos en la parte superior o en la periferia de las películas delgadas de OSC. Los electrodos de oro se emplean a menudo como electrodos de fuente, drenaje y puerta. Hay varias razones para esto: (1) la función de trabajo del oro (~ 5.0 eV) probablemente coincida con el borde de la banda de valencia (equivalente al orbital molecular ocupado más alto (HOMO) de la mayoría de los OSC de tipo p), (2) alto Los electrodos de oro de alta calidad se pueden depositar mediante deposición al vacío, y (3) los electrodos de oro poseen una alta estabilidad ambiental aunque tengan la forma de películas ultrafinas. En particular, se sabe que la calidad de la interfaz oro/OSC domina las propiedades de inyección del portador y la resistencia de contacto interfacial15,21. Aunque los electrodos basados ​​en polímeros conductores procesados ​​en solución, como PEDOT:PSS, se han estudiado previamente23, existen estudios limitados sobre sustitutos de los electrodos de oro, lo que es un cuello de botella en términos de reducción de costos y baja carga ambiental en la electrónica flexible impresa.

En este estudio, demostramos que el carbono a base de grafito se puede depositar y modelar directamente en películas delgadas de OSC monocristalino a través de un recubrimiento por pulverización electrostática y funciona como un electrodo de contacto eficiente para OTFT de tipo p y n. Los OTFT exhiben excelentes características de transistor con altas movilidades de efecto de campo de hasta 11 cm2 V−1 s−1 para OTFT de tipo p y 1,4 cm2 V−1 s−1 para tipo n, un voltaje de encendido cercano a cero , histéresis insignificante y una relación de corriente de encendido/apagado de aproximadamente 106, que son comparables a las de los OTFT con contactos de oro14,16,24. Además, se operó con éxito un inversor complementario que consiste en OTFT de tipo p y n con un voltaje suministrado (Vdd) de 5 a 15 V, que es uno de los primeros circuitos orgánicos complementarios que se opera con electrodos de carbono a base de grafito. También operamos un OTFT libre de metales que comprende solo materiales a base de carbono, como OSC, electrodos de puerta/contacto de carbono, aisladores de polímeros orgánicos y sustratos de polímeros orgánicos. Los resultados serán la base para el desarrollo posterior de circuitos integrados complementarios impresos y libres de metales.

Empleamos nuestros OSC de molécula pequeña de referencia, 3,11-dinonildinafto[2,3-d:2',3'-d']benzo[1,2-b:4,5-b']ditiofeno (C9–DNBDT –NW)25 y N,N'-difenetil-3,4,9,10-benzo[de]isoquinolino[1,8-gh]quinolinetetracarboxílico diimida (PhC2–BQQDI)14 para los OTFT de tipo p y n, respectivamente. La Figura 1a muestra la configuración del dispositivo de los OTFT de contacto superior de puerta inferior fabricados con los OSC anteriores y los electrodos de contacto de carbono. Al (t = 30 nm) y parileno (t = 200 nm) se depositaron secuencialmente sobre vidrio Eagle XG como electrodo de puerta y aislante, respectivamente. La capacitancia por unidad de área (Ci) se evaluó como 13,7 nF cm−2 en función de su espesor y permitividad relativa εr = 3,1. Se transfirieron películas delgadas de OSC monocristalinas, fabricadas mediante fundición continua de bordes26, a la parte superior y luego se modelaron mediante grabado con láser. El procedimiento de fabricación se describe en la sección "Materiales y métodos".

Configuración y características del transistor de OTFT de tipo p y n con electrodos de contacto de carbono. ( a ) Configuración del dispositivo de OTFT con electrodos de contacto de carbono, en los que se empleó una película delgada monocristalina de C9-DNBDT-NW de tipo p o PhC2-BQQDI de tipo n como capa OSC. (b) Esquemas del recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono que incluye polvo de grafito y negro de humo. La suspensión de carbono se atomizó por repulsión electrostática debido a la boquilla de carga a la que se aplicó un alto voltaje de 10 a 13 kV. El carbón se modeló en un sustrato objetivo a través de una máscara de plantilla recubierta con CYTOP. ( c ) Características de transferencia en el régimen de saturación (VD = − 30 V) y ( d ) características de salida de un OTFT tipo p que incluye C9-DNBDT-NW como la capa OSC y el carbono como electrodos de contacto. ( e ) Imagen de microscopía óptica polarizada (POM) del OTFT de tipo p en condiciones de Nicol cruzado. ( f ) Características de transferencia en el régimen de saturación (VD = 20 V) y ( g ) características de salida del OTFT de tipo n con PhC2-BQQDI como capa OSC y carbono como electrodos de contacto. ( h ) Imagen POM del OTFT de tipo n en condiciones cruzadas de Nicol. La longitud del canal (L) y el ancho (W) de ambos OTFT fueron de 100 μm y 200 μm, respectivamente.

El objetivo de este estudio fue la deposición y el patrón exitosos de electrodos de contacto de carbono en películas delgadas de OSC sin ningún deterioro en la calidad del monocristal de OSC. Para lograr esto, adoptamos un recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono, Dotite XC-9089, que es una mezcla ternaria; grafito como principal conductor eléctrico; negro de humo como aditivo conductor; y un aglutinante de poliacrilato en acetato de butilo. El acetato de butilo se seleccionó como un solvente libre de daños debido a su buena humectabilidad y poca solubilidad en monocristales C9-DNBDT-NW y PhC2-BQQDI. Un rociado electrostático (Fig. 1b), en el que se aplica un alto voltaje de 10 a 13 kV a una boquilla de rociado para atomizar la eyección por repulsión electrostática, puede convertir eficientemente la suspensión de carbón en una niebla, lo que resulta en una rápida evaporación del solvente. . Esto también contribuye a reducir el daño a las películas de OSC. A través de un recubrimiento por pulverización electrostática, el electrodo de carbono se modeló en un sustrato de hasta 100 mm × 100 mm utilizando una máscara de plantilla recubierta con un polímero CYTOP solvofóbico, que evitó que la suspensión de carbono se extendiera debajo de la máscara. De acuerdo con el método de patrón, se formó con éxito un electrodo de contacto de carbono a base de grafito en ambas películas OSC grabadas con láser, como se muestra en las imágenes de microscopía óptica polarizada (POM) de los OTFT de tipo p y n resultantes en la Fig. 1c ,F. La longitud (L) y el ancho (W) del canal eran de 100 μm y 200 μm, respectivamente, de modo que L/W era 0,5 para ambos OTFT. El método de creación de patrones también redujo con éxito la longitud del canal OTFT a 50 μm.

Las características del transistor de los OTFT de tipo p y n se muestran en la Fig. 1d, e, g, h. Las movilidades efectivas de efecto de campo (μeff) extraídas de las curvas de transferencia en el régimen de saturación fueron 10,9 cm2 V−1 s−1 (9,8 ± 0,6 cm2 V−1 s−1, N = 6) y 1,4 cm2 V−1 s −1 (1,4 ± 0,2 cm2 V−1 s−1, N = 3) para los OTFT de tipo p y n, respectivamente. Estos valores son tan altos como los informados anteriormente para los OTFT que consisten en electrodos de contacto de oro de uso común y los mismos OSC14,16,24. Los voltajes de umbral y encendido (Vth y Von) se estimaron en − 2,3 y + 1,5 V para el OTFT tipo p, y − 0,2 y − 2,0 V para el OTFT tipo n, respectivamente, lo que indica que ambos OTFT se encendieron. a un voltaje de casi cero. Además, las curvas de transferencia en el régimen de saturación y las curvas de salida exhibieron una histéresis insignificante y una alta relación de corriente de encendido y apagado de más de 106, que es un comportamiento similar al de un libro de texto. Por lo tanto, se debe enfatizar que los electrodos de carbono depositados electrostáticamente son excelentes sustitutos de los electrodos de contacto de metales nobles convencionales en los OTFT. Esto también está respaldado por los resultados de la espectroscopia de rendimiento de fotoelectrones (PYS) en la Fig. 1 complementaria en línea, que reveló que la suspensión de carbono exhibe una función de trabajo alta ΦC = 5.28 eV, que es tan alta como la del oro27. Además, estos resultados implican que el recubrimiento por pulverización electrostática de películas delgadas de OSC es un proceso libre de daños, aunque la suspensión de carbono se rocíe directamente sobre la superficie de las películas, lo que da como resultado una heteroestructura funcional entre el electrodo de carbono y las OSC.

En este informe, diseñamos OFET intencionalmente con una L relativamente grande (en el rango de 100 μm). Se debe principalmente a las restricciones de la máscara de plantilla. Descubrimos que la longitud real del canal en el sustrato es ligeramente mayor (aproximadamente 5 μm) que la longitud del canal diseñado, que corresponde a la longitud de la máscara de la plantilla. Esto indica claramente que los bordes del patrón se extienden por deposición de partículas de carbón sombreadas del patrón de máscara, es decir, el efecto de sombra. Es factible mejorar la precisión del patrón utilizando un proceso de fotolitografía.

Un inversor complementario consta de un OFET de tipo p y otro de tipo n; por lo tanto, se considera como el circuito complementario más simple. Por lo tanto, se demostró el funcionamiento de inversores complementarios basados ​​en estos OTFT, en los que un OTFT de tipo p y uno de tipo n estaban conectados entre sí, como se muestra en la Fig. 2a,b. La figura 2c muestra las curvas de transferencia de tensión obtenidas con tensiones de alimentación (Vdd) de 5, 10 y 15 V. Se observaron oscilaciones completas de raíl a raíl, histéresis pequeña y comportamiento de conmutación de encendido y apagado en todos los valores de Vdd debido al balanceo. OTFTs en el inversor complementario. El voltaje de conmutación, correspondiente al voltaje cuando Vout = Vin (Vout: voltaje de salida y Vin: voltaje de entrada), era casi la mitad del valor del Vdd aplicado; por ejemplo, el voltaje de conmutación fue de 4,89 V a Vdd de 10 V. La ganancia de señal máxima (Ganancia = ∂Vout/∂Vin) alcanzó 20 a Vdd de 10 V cuando Vin estaba cerca del voltaje de conmutación (Fig. 2e). Además, la corriente de paso (Ithrough) se representa en función de Vin en la Fig. 2d. En una operación de 10 V, Ithrough en Vin = 0 V y Vin = Vdd = 10 V fue de aproximadamente 2 nA, lo que resultó en un consumo mínimo de energía estática de 20 nW. Además, Ithrough exhibió un valor máximo de 0.52 μA en el voltaje de conmutación. Como resultado, el circuito complementario más simple, el inversor, funcionó con éxito utilizando un electrodo de contacto de carbono. Todas las propiedades se resumen en la Tabla 1.

Inversor complementario con electrodos de contacto de carbono. ( a ) Diagrama de circuito y ( b ) configuración del dispositivo de un inversor complementario que consta de un OTFT de tipo p y uno de tipo n con electrodos de contacto de carbono. (c) Curvas de transferencia de voltaje, (d) corriente de disparo y (e) ganancia de voltaje en el rango Vdd de 5 a 15 V.

También demostramos OTFT libres de metales reemplazando el sustrato de parileno/Al/vidrio antes mencionado con un parileno/XC-9089/poli(metacrilato de metilo) (PMMA) completamente basado en carbono. El procedimiento de fabricación secuencial se ilustra en la Fig. 3a. El electrodo de puerta de carbono se modeló sobre un sustrato de vidrio Eagle XG tratado con UV/O3 mediante recubrimiento por pulverización electrostática de una suspensión de carbono XC-9089 como se describió anteriormente. El electrodo de carbono se revistió por rotación con una solución al 20 % en peso de PMMA (Mw = 120 000) en acetonitrilo y luego se horneó en una placa caliente a 80 °C durante 30 min. El revestimiento por rotación se realizó dos veces para obtener una película de PMMA gruesa y autoestable. Se colocó un sustrato de soporte compuesto de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) sobre la película de PMMA, seguido de recocido a 100 °C durante 1 hora. Todo el sustrato se invirtió y se sumergió en agua desionizada a temperatura ambiente, lo que resultó en la eliminación del sustrato de vidrio tratado con UV/O3 (Fig. 3b). Después de secar al vacío durante la noche a temperatura ambiente, se obtuvo un electrodo de puerta de carbono incrustado en una película de PMMA. La rugosidad superficial promedio aritmética (Ra) del electrodo de puerta de carbono se evaluó como 30–60 nm con microscopía interferométrica de imágenes, lo que resultó en una superficie relativamente suave independientemente del tamaño promedio de partícula de grafito de 3 μm. Esto se debe a que el vidrio Eagle XG actuó como una plantilla de superficie lisa, y tanto el negro de carbón como el aglutinante polimérico llenaron los espacios entre las partículas de grafito. Los siguientes procesos, como el recubrimiento de parileno, la transferencia de la película delgada C9-DNBDT-NW y el grabado con láser, se realizaron utilizando el mismo procedimiento que el anterior. Como se muestra en las imágenes de POM obtenidas en condiciones de Nicol abierto (Fig. 3c) y Nicol cruzado (Fig. 3d), la película delgada de OSC se transfirió por encima de la puerta de carbono sin sufrir daños graves, como grietas de cruce de canales. El Ci del aislante de puerta, parileno, con un espesor de 214 nm, se evaluó como 12,8 nF cm−2. Finalmente, se obtuvieron OTFT integrados en una película de PMMA autoportante formando un electrodo de contacto de carbono mediante recubrimiento por pulverización electrostática y luego eliminando el sustrato de soporte de PDMS. Cabe señalar que todos los componentes, a saber, el sustrato, los electrodos, el aislante de la puerta y el semiconductor, son materiales a base de carbono en lugar de metales.

Fabricación de OTFT libres de metal. (a) Procedimiento de fabricación secuencial de un OTFT sin metal compuesto por C9–DNBDT–NW como OSC, carbono como electrodos de contacto y puerta, parileno como aislante polimérico de hidrocarburo y PMMA como sustrato. (b) Fotografía de una película estampada de carbono/PMMA que se retira de un sustrato de vidrio en un baño de agua. ( c, d ) Imágenes POM de una película delgada C9 – DNBDT – NW transferidas a una película de parileno / carbono / PMMA y luego grabadas con láser. Observado en condiciones (c) de Nicol abierto y (d) de Nicol cruzado, respectivamente.

La figura 4a muestra una película de PMMA autoestable de 30 mm × 30 mm, que es incolora y transparente, excepto por los restos del electrodo de carbono. Las Figuras 4b, c muestran imágenes POM de un OTFT de tipo p sin metal en la película de PMMA observadas en condiciones de Nicol abierto y Nicol cruzado, respectivamente. L/W del canal fue 100 μm/170 μm. También se investigaron las características del transistor del OTFT sin metal. La Figura 4d–f muestra las curvas de transferencia en el régimen de saturación, el μeff correspondiente y las curvas de salida, respectivamente. Las características fueron una ligera mejora con respecto a las del OTFT de tipo p Al-gate antes mencionado; por ejemplo, se estimó que Vth y Von eran - 1,5 y + 1,0 V, lo que indica que el voltaje de encendido era cercano a cero. Además, el OTFT sin metal exhibió una alta relación de corriente de encendido y apagado de más de 108 y un μeff relativamente alto de 7,3 cm2 V-1 s-1 (4,4 ± 2,1 cm2 V-1 s-1, N = 11). Aunque este proceso de fabricación sin metales puede aplicarse universalmente tanto a los OSC de tipo p como a los de tipo n, la calidad de las películas delgadas monocristalinas de los OSC de tipo n tiene margen de mejora, lo que claramente causa la falta de reproducibilidad en la fabricación de CMOS. circuitos En general, estos resultados sugieren que se pueden realizar OTFT libres de metales y completamente basados ​​en carbono.

Características de los OTFT libres de metales. (a) Fotografía de OTFT sin metal en una película de PMMA independiente de 30 mm por 30 mm. ( b, c ) Imágenes POM del OTFT sin metal en condiciones ( b ) de Nicol abierto y ( c ) de Nicol cruzado, respectivamente. ( d ) Curva de transferencia en el régimen de saturación (VD = − 15 V), ( e ) movilidades efectivas correspondientes representadas como funciones de VG, y ( f ) curva de salida del OTFT sin metal.

En este estudio, desarrollamos un método de recubrimiento por pulverización electrostática para modelar electrodos de contacto de carbono a base de grafito en películas delgadas de OSC monocristalinas de tipo p y n sin daños graves. Los OTFT de tipo p y n resultantes exhibieron excelentes características de transistor representadas por movilidades de efecto de campo altamente efectivas de 11 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo p y 1,4 cm2 V-1 s-1 para OTFT de tipo n. respectivamente. Estas características son comparables a las de los OTFT comunes que poseen electrodos de contacto de oro, lo que indica claramente que el carbono barato, ampliamente distribuido y de fácil acceso puede reemplazar a los metales preciosos como el oro, la plata y el platino como materiales de electrodos de contacto efectivos para los OTFT. La presente suspensión de carbono se puede utilizar para otras técnicas de impresión, como la impresión por inyección de tinta y la impresión offset. Actualmente, empleamos el polvo de grafito disponible comercialmente con un tamaño de partícula promedio de 3 μm. Una mayor reducción en el tamaño de las partículas permite un patrón más fino, que será un tema clave para el futuro. Además, operamos con éxito el circuito complementario más simple, un inversor, que consta de OTFT de tipo p y n con voltajes de suministro de 5 a 15 V. El área recubierta por aspersión se amplía fácilmente al extender la distancia de exploración de la boquilla, y hemos ya logró modelar el electrodo de carbono en un sustrato de 50 mm × 50 mm. En este documento, también fabricamos y operamos un OTFT completamente basado en carbono compuesto por un OSC tipo p, electrodos de carbono, aisladores poliméricos de hidrocarburo y un sustrato de PMMA. Por lo tanto, la fabricación de circuitos integrados libres de metales utilizando electrodos de carbono se realizará en un futuro cercano, y las aplicaciones OTFT en dispositivos electrónicos imprimibles flexibles lograrán un mayor progreso.

El OSC de tipo p, C9–DNBDT–NW, se sintetizó y purificó internamente. El OSC de tipo n y PhC2-BQQDI se adquirieron de FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation. La suspensión de carbón Dotite XC-9089 (Fujikura Kasei Co., Ltd.) se preparó mezclando polvo de grafito (tamaño de partícula promedio: 3 μm) y negro de carbón con aglutinante de poliacrilato en acetato de butilo. El contenido de sólidos fue de aproximadamente 20% en peso, con una relación en peso de grafito:negro de humo:aglomerante de 3:1:1. Todos los demás productos químicos y materiales utilizados estaban disponibles comercialmente.

La pulverización electrostática se realizó utilizando un Micro Mist Coater PDR-06 (Nagase Techno-Engineering Co. Ltd.). Se recubrieron ambos lados de una máscara de plantilla de acero inoxidable con un polímero fluorado, CYTOP (AGC Inc.), para hacer que la superficie de la máscara fuera solvofóbica. Después de lavarse con 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridecafluorooctano para eliminar el exceso de CYTOP, la máscara se colocó sobre el sustrato objetivo y se conectó a tierra. El sustrato enmascarado se calentó a 80 °C y luego se roció electrostáticamente 10 veces con XC-9089 suministrando la suspensión de carbono a una velocidad de flujo de 0,10 ml/min en una boquilla de rociado a la que se le había aplicado un voltaje de 10 a 13 kV. . La velocidad de exploración de la tobera fue de 100 mm/s. Después de secar al vacío a 70 °C durante 1 h, se obtuvo el patrón de carbono sobre el sustrato objetivo quitando la máscara de plantilla.

Los OTFT de tipo p y n con electrodos de contacto de carbono se fabricaron sobre sustratos de vidrio Eagle XG (Corning Inc.) con un espesor de 0,7 mm. Sobre un sustrato de vidrio limpiado con plasma de O2, se depositó Al de 30 nm de espesor y se modeló mediante evaporación con haz de electrones a través de una máscara de plantilla de acero inoxidable (t = 50 μm). La capa de Al se encapsuló con un parileno diX-SR (KISCO Ltd.) de 200 nm de espesor, que sirvió como aislante de puerta. Como se describió en nuestro estudio anterior26, se obtuvieron películas delgadas monocristalinas de OSC de tipo p y n mediante la fundición continua de bordes de una solución al 0,02 % en peso de C9–DNBDT–NW en 3-clorotiofeno en Eagle tratado con UV/O3. vidrio XG a 90 °C y una solución al 0,02 % en peso de PhC2–BQQDI en 1-cloronaftaleno sobre vidrio nanoesmerilado24 a 148 °C, respectivamente. Después de colar los bordes, cada sustrato se cortó en pedazos. La película C9–DNBDT–NW se colocó directamente boca abajo sobre el sustrato de parileno/Al/vidrio y luego se transfirió al sustrato aplicando unas gotas de agua ultrapura entre los dos sustratos22. Mientras tanto, la película de PhC2-BQQDI se transfirió al sustrato de parileno/Al/vidrio a través de un sustrato de retransmisión hecho de PDMS para evitar daños graves a la película24. Después de secarse al vacío a 80 °C durante 10 h, ambas películas de OSC transferidas se modelaron mediante un proceso de ablación con láser utilizando un láser de itrio-aluminio-granate (YAG) y un láser UV de picosegundos (λ = 355 nm). La longitud (L) y el ancho (W) del canal fueron 100 y 200 μm, respectivamente, y L/W fue 0,5. Los electrodos de contacto de carbono se modelaron sobre las películas de OSC mediante recubrimiento por pulverización electrostática a través de una máscara de plantilla de acero inoxidable recubierta con CYTOP, como se describió anteriormente.

Se fabricaron inversores complementarios con electrodos de contacto de carbono utilizando el mismo procedimiento que el anterior, pero L/W fue de 95 μm/20 μm para el tipo p C9–DNBDT–NW y de 95 μm/500 μm para el tipo n PhC2–BQQDI.

Todas las mediciones eléctricas se realizaron utilizando un sistema de caracterización de semiconductores, 4200-SCS (Keithley), en condiciones ambientales y de oscuridad. La movilidad efectiva del efecto de campo, μeff, en el régimen de saturación se determinó a partir de las características de transferencia utilizando

donde ID,sat, L, W, Ci, VG, Vth y VD son la corriente de drenaje en el régimen de saturación, la longitud del canal, el ancho del canal, la capacitancia por unidad de área, el voltaje de puerta, el voltaje de umbral y el voltaje de drenaje, respectivamente. Los valores de Ci se determinaron a partir del espesor y la permitividad relativa del aislador de compuerta parylene diX-SR.

Los datos que respaldan las gráficas en este documento y otros hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente (Kazuyoshi Watanabe; [email protected]) previa solicitud.

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Agradecemos a Takeshi Aizawa, Fujikura Kasei Co. Ltd., por su ayuda en el desarrollo de la suspensión de carbono XC-9089. SW reconoce el apoyo de la Iniciativa Líder para Jóvenes Investigadores Excelentes de JSPS. Este trabajo también fue apoyado en parte por JSPS KAKENHI (Concesión No. JP17H06123, JP20K15358, JP20H00387, JP20K20562 y JP20H05868) y por el Programa JST FOREST (Concesión No. JPMJFR2020).

Departamento de Ciencia de Materiales Avanzados, Escuela de Graduados en Ciencias Fronterizas, Universidad de Tokio, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japón

Kazuyoshi Watanabe, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe y Jun Takeya

Laboratorios de tecnología de dispositivos NTT, Nippon Telegraph and Telephone (NTT) Corporation, 3-1 Morinosato-Wakamiya, Atsugi, Kanagawa, 243-0198, Japón

Naoki Miura, Hiroaki Taguchi, Takeshi Komatsu y Hideyuki Nosaka

Material Innovation Research Center (MIRC), Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba, 277-8561, Japón

Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe y Jun Takeya

Investigación preliminar para ciencia y tecnología embrionaria (PRESTO), Agencia de ciencia y tecnología de Japón (JST), Kawaguchi, Saitama, 332-0012, Japón

Toshihiro Okamoto

Centro Internacional de Nanoarquitectura de Materiales (WPI-MANA), Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Tsukuba, 305-0044, Japón

Jun Takeya

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KW concibió y realizó los experimentos y analizó los datos. TO sintetizó y purificó el C9–DNBDT–NW. NM, HT, TK y HN apoyaron la selección racional de materiales. KW y SW escribieron el manuscrito con aportes significativos de JTSW, y JT supervisó el estudio. Todos los autores discutieron los resultados y revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Kazuyoshi Watanabe, Shun Watanabe o Jun Takeya.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Watanabe, K., Miura, N., Taguchi, H. et al. Electrodos de carbono rociados electrostáticamente para circuitos complementarios orgánicos de alto rendimiento. Informe científico 12, 16009 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19387-y

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Recibido: 15 junio 2022

Aceptado: 29 de agosto de 2022

Publicado: 07 octubre 2022

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

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