Direct electron beam patterning of electro-optically active PEDOT:PSS

佩多:嘘 材料科学 纳米材料 纳米技术 光电子学 阴极射线 光学活性 电子 化学 物理 量子力学 有机化学 图层(电子)
作者
Siddharth Doshi,Dominik Ludescher,Julian Karst,Moritz Floess,Johan Carlström,Bohan Li,Nofar Mintz Hemed,Yi-Shiou Duh,Nicholas A. Melosh,Mario Hentschel,Mark L. Brongersma,Harald Gießen
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:13 (12): 2271-2280 被引量:1
标识
DOI:10.1515/nanoph-2023-0640
摘要

Abstract The optical and electronic tunability of the conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) has enabled emerging applications as diverse as bioelectronics, flexible electronics, and micro- and nano-photonics. High-resolution spatial patterning of PEDOT:PSS opens up opportunities for novel active devices in a range of fields. However, typical lithographic processes require tedious indirect patterning and dry etch processes, while solution-processing methods such as ink-jet printing have limited spatial resolution. Here, we report a method for direct write nano-patterning of commercially available PEDOT:PSS through electron-beam induced solubility modulation. The written structures are water stable and maintain the conductivity as well as electrochemical and optical properties of PEDOT:PSS, highlighting the broad utility of our method. We demonstrate the potential of our strategy by preparing prototypical nano-wire structures with feature sizes down to 250 nm, an order of magnitude finer than previously reported direct write methods, opening the possibility of writing chip-scale microelectronic and optical devices. We finally use the high-resolution writing capabilities to fabricate electrically-switchable optical diffraction gratings. We show active switching in this archetypal system with >95 % contrast at CMOS-compatible voltages of +2 V and −3 V, offering a route towards highly-miniaturized dynamic optoelectronic devices.
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