بهینه سازی ترانزیستورهای الکتروشیمیایی ارگانیک برای کابردهای سنسور

علی رغم توجهات اخیر به ترانزیستورهای الکتروشیمیایی ارگانیک (OECTs) به عنوان سنسورهای بیولوژیکی و شیمیایی، دانش اندکی درمورد نقشی که پارامترهای مواد و معماری در مشخص کردن عملکرد سنسور بازی می کنند، وجود دارد. ما از مدل سازی عددی برای برقراری قوانین طراحی در دو رژیم عملیاتی استفاده می کنیم. یافتیم که برای عملیات به صورت یک مبدل یون به الکترون، پاسخ OECT با استفاده از یک الکترود گیت که بسیار بزرگتر از کانال می باشد یا با استفاده از الکترود گیت قطبش ناپذیر، حداکثر شده است. بهبود رسانایی پلیمر و استفاده از یک هندسه ی کانال که عرض و ضخامت کانال را بیشینه و طول کانال را کمینه می کند، به افزایش پاسخ کمک می نماید. برای عملیات به صورت سنسور الکتروشیمیایی، حساسیت در OECTs با الکترودهای گیتی که کوچکتر از کانال هایشان هستند، حداکثر می شود. حساسیت می تواند با افزایش تحرک حامل شارژ و ظرفیت به ازای هر واحد سطحِ پلیمر رسانا و همچنین توانایی آن برای مورد نفوذ قرار گرفتن از طرف یون های الکترولیت، بهبود یابد. یک هندسه ی کانال که عرض کانال را حداکثر و طول کانال را حداقل کند نیز حساسیت را بهبود می بخشد.

Despite the recent interest in organic electrochemical
transistors (OECTs) as chemical and biological sensors, little is
known about the role that device architecture and materials
parameters play in determining sensor performance. We use numerical modeling to establish design rules in two regimes of
operation: We find that for operation as an ion-to-electron converter, the response of OECTs is maximized through the use of a
gate electrode that is much larger than the channel or through
the use of a nonpolarizable gate electrode. Improving the conductivity of the polymer and using a channel geometry that maximizes channel width and thickness, and minimizes channel
length helps increase the response. For operation as an electrochemical sensor, the sensitivity is maximized in OECTs with gate
electrodes that are smaller than their channels. The sensitivity
can be improved by increasing the charge carrier mobility and
the capacitance per unit area of the conducting polymer, and