浦項(xiàng)科技大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了具有高靜態(tài)噪聲容限 (SNM) 的溶液處理垂直堆疊互補(bǔ)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 的制造和測(cè)量。他們使用具有晶體管上晶體管結(jié)構(gòu)的理想平衡反相器，展示了通過噴墨打印（MicroFab的高精度噴墨打印系統(tǒng)Jetlab Ⅱ）路由的通用邏輯門的**個(gè)例子。VS-COFET逆變器顯示出可靠的輸出曲線，平均電壓增益為10.7V/V，并具有寬工作電壓（5至30V）。
該報(bào)告主要介紹研究了有機(jī)互補(bǔ)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(bǔ)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(jié)構(gòu)**適合實(shí)現(xiàn)通用邏輯電路，因?yàn)镹AND和NOR有兩對(duì)互補(bǔ)晶體管，它們的柵極是相連的。▲ a) 3D示意圖，b) 垂直堆疊互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)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(bǔ)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)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(bǔ)有機(jī)半導(dǎo)體和溶液處理的介電膜。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)選擇柵極介電材料對(duì)于通過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(duì)稱匹配的PFET和NFET，研究團(tuán)隊(duì)制造了帶有噴墨打印布線的邏輯電路。為此目的，打印具有添加劑的高導(dǎo)電性聚（3,4-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打印的線互連，如下圖所示。打印的線的制備方式是在MicroFab的高分辨率噴墨打印系統(tǒng)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(dǎo)電線。所使用的是由MicroFab提供的40μm噴頭。最終打印的PEDOT:PSS線的寬度約為370μm，長(zhǎng)度約為2.7mm。從下圖b的I-V曲線斜率可知A和B節(jié)點(diǎn)之間的電阻為433.4Ω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(duì)較低（<1μA），因此在逆變器運(yùn)行期間觀察到的電壓降可以忽略不計(jì)（<500μV）。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(jié)點(diǎn)被探針臺(tái)短路。▲ a) 具有噴墨打印布線的VS-COFET逆變器（虛線區(qū)域）。b)噴墨打印線的I-V曲線和薄層電阻。c) 外部連接逆變器和噴墨路由逆變器之間的比較。噴墨打印線電阻的影響可以忽略不計(jì)。最后，通用邏輯門的配置是通過相同的路由技術(shù)獲得的。兩對(duì)VS-COFET（四個(gè)晶體管）用于構(gòu)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(dǎo)線互連的電路原理圖和圖像。電路原理圖顯示了器件結(jié)構(gòu)和噴墨布線。邏輯電路的動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果示于下圖c、d?；赩S-COFET和噴墨打印線的NAND和NOR門都顯示出正確的邏輯操作。
▲ a,b) 與導(dǎo)線互連的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(cè)量結(jié)果。參考文獻(xiàn)：
[1] Jimin K, Sujeong K,Sejung Y, et al. Solution-Processed Vertically Stacked Complementary Organic Circuits with Inkjet-Printed Routing[J]. Advanced Science, 2019.
