El transistor electroquímico orgánico ( OECT ) es un dispositivo electrónico orgánico que funciona como un transistor . La corriente que fluye a través del dispositivo está controlada por el intercambio de iones entre un electrolito y el canal OECT compuesto de un conductor o semiconductor orgánico . [1] El intercambio de iones es impulsado por un voltaje aplicado al electrodo de compuerta que está en contacto iónico con el canal a través del electrolito. La migración de iones entre el canal y el electrolito está acompañada por reacciones redox electroquímicas que ocurren en el material del canal. La redox electroquímica del canal junto con la migración de iones cambia la conductividad del canal en un proceso llamado dopaje electroquímico. Los OECT se están explorando para aplicaciones en biosensores , bioelectrónica y electrónica de bajo costo y de área grande. Los OECT también se pueden utilizar como dispositivos de memoria de múltiples bits que imitan las funcionalidades sinápticas del cerebro. Por esta razón, los OECT también se pueden investigar como elementos en aplicaciones de computación neuromórfica.
Construcción y mecanismo de funcionamiento del dispositivo OECT
Los OECT consisten en una película delgada de semiconductor o incluso conductor (el canal), generalmente hecha de un polímero conjugado , que está en contacto directo con un electrolito . [2] Los electrodos de fuente y drenaje establecen contacto eléctrico con el canal, mientras que un electrodo de compuerta establece contacto eléctrico con el electrolito. El electrolito puede ser líquido, gel o sólido. En la configuración de polarización más común, la fuente está conectada a tierra y se aplica un voltaje (voltaje de drenaje) al drenaje. Esto hace que fluya una corriente (corriente de drenaje), debido a la carga electrónica (generalmente agujeros ) presente en el canal. Cuando se aplica un voltaje a la compuerta, los iones del electrolito se inyectan en el canal y cambian la densidad de carga electrónica y, por lo tanto, la corriente de drenaje. Cuando se elimina el voltaje de la compuerta, los iones inyectados regresan al electrolito y la corriente de drenaje vuelve a su valor original. Sin embargo, algunos materiales de canal pueden retener los iones migrados incluso después de eliminar el voltaje de la compuerta, lo que permite su uso como dispositivos de memoria.
Los OECT suelen utilizar PEDOT:PSS como material del canal y funcionan en modo de agotamiento . [3] El semiconductor orgánico PEDOT está dopado de tipo p por los aniones sulfonato presentes en PSS [4] y, por lo tanto, PEDOT:PSS exhibe una alta conductividad electrónica. Cuando no se aplica voltaje de compuerta, fluye una alta corriente de drenaje a través del canal altamente conductivo y se dice que el OECT está en estado ON. Cuando se aplica un voltaje positivo a la compuerta, los cationes del electrolito se inyectan en el canal PEDOT:PSS, donde compensan la carga negativa de los aniones sulfonato. Esto conduce a la reducción electroquímica de PEDOT de su estado oxidado a su estado neutro, lo que resulta en la desdopación del canal OECT. Entonces se dice que el OECT está en estado OFF. [1] También se han descrito
OECT en modo acumulación, basados en semiconductores orgánicos intrínsecos (por ejemplo, p(g2T-TT)). [5] [6]
Los OECT son diferentes de los transistores de efecto de campo controlados por electrolito . En este último tipo de dispositivo, los iones no penetran en el canal, sino que se acumulan cerca de su superficie (o cerca de la superficie de una capa dieléctrica, cuando dicha capa se deposita en el canal). [7]
Esto induce la acumulación de carga electrónica dentro del canal, cerca de la superficie. Por el contrario, en los OECT, los iones se inyectan en el canal y cambian la densidad de carga electrónica en todo su volumen. Como resultado de este acoplamiento masivo entre carga iónica y electrónica, los OECT muestran una transconductancia muy alta [8] junto con una ganancia intrínseca sobresaliente. [9] La desventaja de los OECT es que son lentos, ya que están limitados por la migración inherentemente lenta de iones dentro y fuera del canal. Sin embargo, los OECT microfabricados muestran tiempos de respuesta del orden de cientos de microsegundos . [10] La simulación precisa de los OECT es posible utilizando el modelo de difusión por deriva. [11]
Los OECT fueron desarrollados por primera vez en los años 80 por el grupo de Mark Wrighton. [12]
Actualmente son el foco de un intenso desarrollo para aplicaciones en bioelectrónica , [13] y en electrónica
de bajo coste y de gran superficie . [14]
Ventajas como la fabricación y miniaturización sencillas, la compatibilidad con técnicas de impresión de bajo coste, [15] [16]
la compatibilidad con una amplia gama de soportes mecánicos (incluidas fibras, [17]
papel, [18] plástico [19] y elastómero [20] ) y la estabilidad en entornos acuosos, llevaron a su uso en una variedad de aplicaciones en biosensores. [21] [22]
Además, su alta transconductancia convierte a los OECT en potentes transductores amplificadores. [23]
Los OECT se han utilizado para detectar iones , [24] [25] neurotransmisores , [9] metabolitos , [26] [27] ADN , [28] organismos patógenos , [29] así como para investigar la adhesión celular , [30]
medir la integridad del tejido de barrera, [31]
detectar actividad epiléptica en ratas, [32]
e interactuar con células y tejidos eléctricamente activos. [33] [34] [35]
Enlaces externos
- Laboratorio de bioelectrónica de la Universidad de Cambridge
- Departamento de Bioelectrónica, Escuela de Minas de St. Etienne
- Laboratorio de Electrónica Orgánica, Universidad de Linköping
- C. Dan Frisbie Grupo de investigación, Universidad de Minnesota
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