高性能N型有機電気化学トランジスタに基づく補完論的回路

有機電気化学トランジスタ（OECT）は、近年、激しい研究の対象となっています。ただし、これまでに報告されたOECTのほとんどは、P型（穴輸送）動作に完全に依存していますが、電子輸送（Nタイプ）OECTはまれです。効率的で安定したPタイプとN型のOECTの組み合わせにより、相補的回路の開発が可能になり、OECTベースの技術の洗練度が劇的に進歩します。空気および水性電解質媒体の安定性が低く、電子移動度が低い、および/または電気化学的可逆性の欠如、利用可能な高電子親和性共役ポリマーの不足により、N型OECTの発達が面倒になりました。ここでは、ポリ（ベンジミダゾベンゾフェナントロリン）（BBL）などのはしご型ポリマーが、OECTの安定した効率的なNチャンネル材料としてうまく機能できることが示されています。これらのデバイスは、簡単なスプレーコーティング技術によって簡単に製造できます。BBLベースのOECTは、高い伝導率（最大9.7ミリ秒）と周囲および水性媒体の優れた安定性を示します。BBLベースのN型OECTをP型OECTとうまく統合して、電気化学的相補的インバーターを形成できることが実証されています。後者は、0.6 V未満の供給電圧で高いゲインと大きな最悪のノイズマージンを示します。

Organic electrochemical transistors (OECTs) have been the subject of intense research in recent years. To date, however, most of the reported OECTs rely entirely on p-type (hole transport) operation, while electron transporting (n-type) OECTs are rare. The combination of efficient and stable p-type and n-type OECTs would allow for the development of complementary circuits, dramatically advancing the sophistication of OECT-based technologies. Poor stability in air and aqueous electrolyte media, low electron mobility, and/or a lack of electrochemical reversibility, of available high-electron affinity conjugated polymers, has made the development of n-type OECTs troublesome. Here, it is shown that ladder-type polymers such as poly(benzimidazobenzophenanthroline) (BBL) can successfully work as stable and efficient n-channel material for OECTs. These devices can be easily fabricated by means of facile spray-coating techniques. BBL-based OECTs show high transconductance (up to 9.7 mS) and excellent stability in ambient and aqueous media. It is demonstrated that BBL-based n-type OECTs can be successfully integrated with p-type OECTs to form electrochemical complementary inverters. The latter show high gains and large worst-case noise margin at a supply voltage below 0.6 V.