Verilog-A modeling of Organic Electrochemical Transistors

Sideris, P.; Siskos, S.; Malliaras, George G.

doi:10.1109/mocast.2017.7937645

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“…Finally, on a phenomenological level, the development of SPICE models will greatly boost the design of OECT-based circuits. 165,166 In terms of materials for OECTs, although some examples of polymers with performance higher than that of PEDOT:PSS have been reported, we are still at the very early stages of development of structure vs. properties relationships that can guide synthesis. As film structure changes upon immersion and operation in an electrolyte environment, the development and utilization of in situ and operando measurements that combine structural, spectroscopic, and electrical properties are particularly important.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Organic electrochemical transistors

et al. 2018

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Organic electrochemical transistors (OECTs) leverage ion injection from an electrolyte into an organic semiconductor film to yield compelling advances in biological interfacing, printed logic circuitry and neuromorphic devices. Their defining characteristic is the coupling between electronic and ionic charges within the volume of an organic film. In this review we discuss the mechanism of operation and the 2 materials that are being used, overview the various form factors, fabrication technologies and proposed applications, and take a critical look at the future of OECT research and development.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Organic electrochemical transistors

et al. 2018

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“…Therefore, there is a design trade-off between 𝑔𝑔 m and the maximum speed of the transistors when changing the channel thickness [3,16]. Moreover, as the thickness increases, the threshold voltage moves toward more negative values and the saturation region in the 𝐼𝐼 D − 𝑉𝑉 DS plot fades away [11].…”

Section: B Oect Dependence On Parameter Variationmentioning

confidence: 99%

“…While the available analytic models are useful for assessing the performance of OECTs, they lack sufficient accuracy due to the currently limited understanding of the physics of these devices [9]. The available numerical models, on the other hand, might have high complexity [11] or precision issues [12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A DC Model for Organic Electrochemical Transistors and Analysis of Their Performance as Voltage Amplifiers

Hanzaee

Langlois

Polyravas

et al. 2021

2021 IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS)

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Organic electrochemical transistors (OECTs) have received a great deal of attention, especially in biomedical applications, since their emergence in the mid-1980s. Despite many efforts on modeling these transistors, simulating OECT-based circuits is still a challenge due to a lack of precise mathematical models. In this paper, some of the main features of OECTs are analyzed and a DC model is proposed that more closely mimics the transistors' characteristics compared to the well-accepted Bernards-Malliaras (B-M) model. While OECTs are mostly considered as transconductance amplifiers, the potential of using these transistors as voltage amplifiers is investigated here with measurements at various drain-source voltages. Compared to the B-M model, the proposed model has improved matching up to 3.6% between simulations and measurements of the analyzed transistors.

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“…Atualmente existem inúmeros modelos teóricos que descrevem a resposta elétrica do dispositivo, 26,28,35,[61][62][63][64][65][66][67][68] tanto em medidas de estado estacionário, curvas de saída, e medidas de estado transiente (usualmente medidas pulsadas). Colucci e coautores 20 classificam os modelos em quatro categorias: modelos estacionários baseados no trabalho de Bernards-Malliaras (B-M), 26,63 modelos de circuito equivalente, 35 modelos híbridos entre o B-M e circuito equivalente 69 e modelos contendo difusão iônica.…”

Section: Transistor Eletroquímico Orgânicounclassified

Estudo do transporte misto em transistores eletroquímicos orgânicos de PEDOT:PSS

Colucci¹

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Um dos grandes diferenciais dos materiais semicondutores orgânicos é sua habilidade de suportar, em determinadas situações, transporte eletrônico e iônico simultaneamente. Essa habilidade possibilitou tais condutores mistos a serem aplicados com grande sucesso em dispositivos de interesse biológico. Um exemplo é o transistor eletroquímico orgânico (OECT). Esse dispositivo é formado por uma camada semicondutora orgânica, delimitada por dois eletrodos (fonte e dreno), que forma o canal do transistor. Esta camada fica em contato com uma solução eletrolítica, que contém um eletrodo denominado porta. Durante a operação, aplica-se uma tensão no eletrodo porta, o que induz troca iônica entre o polímero e o eletrólito. Isso altera o estado de dopagem do canal, levando a uma mudança na corrente extraída entre fonte-dreno. Um dos principais pontos de interesse é o de aprimorar o desempenho destes dispositivos, a partir da compreensão das propriedades fundamentais do material do canal, e como ele se comporta na presença de diferentes íons. Para tal estudo, foram confeccionados OECTs com poli(3,4-etileno dioxitiofeno):poliestireno sulfonado (PEDOT:PSS) como camada ativa. A resposta elétrica e morfológica dos OECTs foi caracterizada utilizando diversos eletrólitos aquosos, com concentração de 100 mM, a saber: NH 4 Cl, KCl, NaCl, CaCl 2 e MgCl 2 . Os resultados demonstram que íons com menor raio iônico e maior esfera de hidratação resultam em dispositivos com maior fator de mérito (µC*). Uma vez que filmes de PEDOT:PSS absorvem água, analisamos a diferença entre a quantidade de água absorvida para as diferentes espécies iônicas. Os resultados demonstram que a quantidade de água cresce seguindo a mesma ordem do fator de mérito e este aumento é de aproximadamente 100% quando comparamos os resultados extremos. Além disso, realizamos um estudo da capacitância volumétrica em função da espessura do filme, com o intuito de avaliar a influência da espécie iônica na sua profundidade de penetração no volume do canal. Observamos que a capacitância volumétrica decai para espessuras superiores a 800 nm quando utilizamos KCl e superiores a 1200 nm para MgCl 2 . Deste modo, nossos resultados demonstram que a natureza da espécie iônica tem impacto importante na resposta dos dispositivos. Essa compreensão é indispensável para busca/desenvolvimento de novos materiais para compor a camada ativa do dispositivo e para a compreensão dos mecanismos biológicos.

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Verilog-A modeling of Organic Electrochemical Transistors

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Organic electrochemical transistors

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A DC Model for Organic Electrochemical Transistors and Analysis of Their Performance as Voltage Amplifiers

Estudo do transporte misto em transistores eletroquímicos orgânicos de PEDOT:PSS

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