Water stable molecular n-doping produces organic electrochemical transistors with high transconductance and record stability

材料科学 跨导 兴奋剂 电化学 掺杂剂 有机电子学 纳米孔 晶体管 有机半导体 纳米技术 化学工程 光电子学 电极 电气工程 化学 电压 物理化学 工程类
作者
Alexandra F. Paterson,Achilleas Savva,Shofarul Wustoni,Leonidas Tsetseris,Bryan D. Paulsen,Hendrik Faber,Abdul Hamid Emwas,Xingxing Chen,Georgios Nikiforidis,Tania C. Hidalgo,Maximilian Moser,Iuliana P. Maria,Jonathan Rivnay,Iain McCulloch,Thomas D. Anthopoulos,Sahika Inal
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:108
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16648-0
摘要

Abstract From established to emergent technologies, doping plays a crucial role in all semiconducting devices. Doping could, theoretically, be an excellent technique for improving repressively low transconductances in n-type organic electrochemical transistors – critical for advancing logic circuits for bioelectronic and neuromorphic technologies. However, the technical challenge is extreme: n-doped polymers are unstable in electrochemical transistor operating environments, air and water (electrolyte). Here, the first demonstration of doping in electron transporting organic electrochemical transistors is reported. The ammonium salt tetra-n-butylammonium fluoride is simply admixed with the conjugated polymer poly(N,N’-bis(7-glycol)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-co-2,2’-bithiophene-co-N,N’-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide), and found to act as a simultaneous molecular dopant and morphology-additive. The combined effects enhance the n-type transconductance with improved channel capacitance and mobility. Furthermore, operational and shelf-life stability measurements showcase the first example of water-stable n-doping in a polymer. Overall, the results set a precedent for doping/additives to impact organic electrochemical transistors as powerfully as they have in other semiconducting devices.

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