دانلود رایگان ترجمه مقاله ترانزیستورهای آلی برای کاربردهای حسگر (وایلی 2010)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

داده ی شکل 2 می تواند با در نظر گرفتن توزیع پتانسیل بین گیت و کانال فهمیده شود. دو مورد کران بی نهایت در شکل 3 ab نشان داده می شود (فرض کردیم که کانال در پتانسیل صفر است که برای قرار داده می شود). پتانسیل الکترولیت Vsol در این مورد بوسیله ی ظرفیت های همراه با شکل دو لایهدر گیت و کانال همراه است.
 که در آن Cch و Cg به ظرفیت کانال و گیت به ازای هر واحد سطح می باشند. باید به یاد داشت که معادله ی 1 در زمانی که الکترود گیت و کانال پلیمر رسانا قابل قطبی شدن باشند، نگه داشته می شود. این موضوع برای فلزاتی مانند pt تقریبی خوب است اما یون ها به پلیمرهایی مانند PEDOT:PSS نفوذ کرده و عمل افزودن ناخالصی را جبران می کنند. بنابراین، ظرفیت همراه با کانال پلیمر در معادله ی 1 باید به عنوان کمیتی موثر که در الکترود فلز قابل قطبی شدن است در نظر گرفته شود و باید اذعان کرد که به طور مکانیکی متمایز از شکل دولایه است. در مدلمان، را برای تمرکز روی تاثیر هندسه ی دستگاه فرض کرده ایم. خواننده باید در ذهن داشته باشد که ضرب است که مهم می باشد، در نتیجه پاسخ OECT نیز می تواند بوسیله ی گزینش مناسب مواد تنظیم شود. در نهایت، باید به یاد داشت که اگر الکترود های غیر قابل قطبی سازی مانند به عنوان گیت استفاده شده باشند، در ادامه، هیچ تخلیه ی پتانسیلی در سطح مشترک گیت/الکترولیت وجود نخواهد داشت. توزیع پتانسیل در این حالت با صرف نظر از سطح الکترود گیت، به توزیع پتانسیل در شکل 3a شبیه تر خواهد بود.
براساس موارد بالا، در ترانزیستور با الکترود گیت بزرگ، الکترولیت تقریبا در همان پتانسیلی است که گیت می باشد. این مسئله منتج به افت پتانسیل زیاد بین الکترولیت و کانال می شود (شکل 3a). این افت پتانسیل به نوبه ی خود منجر به مدولاسیون قوی برای جریان تخلیه می شود. بر خلاف انتظار، تخلیه های پتانسیل به کار برده شده در فصل مشترک الکترولیت/گیت در ترانزیستور با الکترود گیت کوچک (شکل 3b) و مدولاسیون نتیجه داده شده ی جریان تخلیه ضعیف می باشد. بنابراین، برای عملیات به عنوان یک مبدل یون به الکترون اولین قانون طراحی برابر با استفاده از الکترود گیتی است که بسیار بزرگتر از کانال می باشد، است. جایگزینی برای آن می تواند استفاده از الکترود گیتِ غیر قابل قطبی سازی باشد.
باید ذکر شود که توزیع پتانسیل در OECT تاثیری بزرگ روی ویژگی های خروجی ترانزیستور دارد. شکل 4ab ویژگی های خروجی دو OECTs را نشان می دهد. این دو OECTs با کانال های PEDOT:PSS و گیت هایی با و 10 (به ترتیب) ساخته شده اند. ویژگی های خروجی ترانزیستور با گیت بزرگ (شکل 4a) مدولاسیون بزرگی برای جریان تخلیه نشان می دهند، در حالیکه مدولاسیون جریان تخلیه در ترانزیستور با گیت کوچک، کم می باشد (شکل 4b). برای حالت مورد توجه در اینجا (گیت بزرگ، در نتیجه )، جریان تخلیه در رژیم اشباع و در شرایط عملیاتی عادی می باشد که می تواند به صورت زیر نشان داده شود.
که در آن G رسانایی کانال، و Vp ولتاژ تنجیدگی می باشد. مورد دوم معیاری از تراکم ناخالصی در پلیمر رسانا است و متناسب با شارژ یونی تامین شده از الکترولیت می باشد و آغازه ی اشباع در غیاب بایاس گیت را نشان می دهد. می توان از این معادله نشان داد که برای یک OECT با یک الکترود گیت بزرگ.
معادله ی بالا نشان می دهد که پاسخ OECT با گیت بزرگ بستگی به رسانایی کانال دارد. این رسانایی حاصل ضرب رسانایی پلیمر و فاکتور هندسی می باشد (w و L به ترتیب عرض و طول کانال هستند و d ضخامت لایه ی پلیمر می باشد). این دومین قانون طراحی می باشد و استفاده از یک پلیمر رسانا که تا جای ممکن رسانا است و هندسه ی کانالی که عرض و ضخامت کانال را حداکثر و طول کانال را حداقل می کند، را توصیه می نماید.

OECTs به صورت سنسورهای الکتروشیمیایی
در این رژیم، الکترود گیت (که به عنوان الکترود در حال کار استفاده می شود)، در ولتاژ ثابت نگه داشته می شود. انتقال شارژ بین آنالیت (یا یک واسطه که تمرکزش متناسب با شناسایی شدن آنالیت است) و الکترود گیت، پتانسیل الکترولیت که بوسیله ی مقدار که با معادله ی نرنست (Nernst) تعریف شده را افزایش می دهد.
که در آن kثابت بولتزمن، T دمای مطلق، e شارژ پایه، C تمرکز آنالیت می باشد و ثابت شامل جزییاتی مانند پتانسیل فرمال است. بنابراین، آنالیت اضافی منجر به کاهش در افت پتانسیل در فصل مشترک الکترولیت/الکترود گیت می شود و همچنین باعث افزایش پیوسته در افت پتانسیل در فصل مشترک کانال/ الکترولیت می شود (از آنجایی که گیت در ولتاژ ثابت نگه داشته می شود). به عنوان یک نتیجه، جریان تخلیه به این تغییر به شکلی پاسخ می دهد که متناسب با تمرکز آنالیت می باشد.
شکل 5 نتایج مدل سازی کامپیوتریِ Id را برای دو OECTs با و 100 با غلظت های مختلف آنالیت و ولتاژهای مختلف گیت را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که جریان تخلیه در OECT با گیت بزرگ (شکل 5a) با غلظت آنالیت تغییر نمی کند، حتی در زمانی که مورد دوم با چندین ترتیب دامنه در حال تغییر باشد. بر خلاف انتظار، در OECT با گیت کوچک، جریان تخلیه به خوبی به آنالیت پاسخ می دهد (شکل 5b)، خصوصا در ولتاژهای بالای گیت. حساسیت، پارامتر کلیدی سنسور است که به عنوان مازاد Id در برابر منحنی C تعریف شده است. شکل 6 حساسیت را به عنوان تابعی از نشان می دهد. (برای و محاسبه شده و به 1 نرمالیزه گشته است). داده نشان می دهد که OECTs با گیت های کوچک در مقایسه با OECTs با گیت های بزرگ، حساسیت بالاتری را نشان می دهد. این مسئله در تطابق با یافته های سیکوئیرا (Cicoira) و همکارانش است. حساسیت در هر دو محدوده ی اشباع می شود. به ترتیب به صفر برای OECTs با گیت های بزرگ و به مقداری بزرگ برای OECTs با گیت های کوچک. بنابراین، برای عملیات به عنوان یک سنسور الکتروشیمیایی، اولین قانون طراحی استفاده از یک الکترود گیتی است که از کانال کوچکتر است.
داده ی شکل 6 می تواند با در نظر گرفتن دیاگرام های پتانسیل شکل 2 فهمیده شود. دلیل برای حساسیت صفر در OECTs با گیت های بزرگ در این حقیقت قرار دارد که افت پتانسیل در فصل مشترک الکترولیت/الکترود بسیار کوچک می شود و در زمانی که آنالیت اضافه شده باشد، به خوبی تغییر نمی کند. بحثی مشابه، اشباع حساسیت برای OECTs با گیت های کوچک را تشریح می کند: در زمانی که افت پتانسیل در فصل مشترک الکترولیت/الکترود قابل قیاس با ولتاژ گیت به کار برده شده باشد، دستگاه حساسیت حداکثر مقدارش را بدست می آورد. مقدار که این موضوع برای آن اتفاق می افتد، به چندین پارامتر بستگی دارد. این پارامترها شامل ولتاژ تخلیه و نرخ ظرفیت به ازای هر واحد سطحِ الکترود گیت و کانال می شود. برای یک ولتاژ تخلیه ی بزرگتر، انتقال حساسیت از صفر به یک در محدوده ی باریکتری از مقادیر رخ می دهد. برای ظرفیت بزرگتر به ازای هر واحد سطح کانال (در مقایسه با ظرفیت بزرگتر برای الکترود گیت)، تمام منحنی به سمت مقادیر کمتر جابه جا می شود.