虑及栅电极极化及吸附电荷影响的有机电化学晶体管I-V特性研究

有机电化学晶体管(OECT)具有良好的生物兼容性、较低的工作电压以及优异的信号放大能力等特点,被广泛应用于生物传感领域.栅电极修饰是利用OECT进行生物传感的关键,但现有OECT理论无法描述栅电极极化与电荷吸附对电流-电压(I-V)特性关系的影响.本研究通过构建栅电极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联模型修正了Bernards-Malliaras I-V特性关系,并通过实验研究讨论了此修正模型的有效性,具体包括改变恒电位电沉积时间调控栅电极表面PEDOT:PSS薄膜厚度(0.80～3.73μm)以及栅电极/电解液界面电容(CG)(24.01～120.10μF).结果表明,OECT跨导峰值随着CG的增加而增大;设置栅电极电压(VG)为+0.6 V时,半导体沟道电流(IDS,l)随着CG的增大而单调上升;设置VG为-0.6 V时,IDS,l随着CG的增大而单调下降.在OECT栅电极上修饰适配体探针,并使之与不同浓度的三磷酸腺苷(10-12～10-5 mol/L)发生特异性结合反应,结果表明,IDS,l随三磷酸腺苷浓度即吸附电荷量的增大而减小.定性理论分析结果与实验测试结果一致.本研究提出的修正理论模型有望为OECT及基于OECT的生物传感器的设计提供理论支持.