Printed water-gated organic transistors based on semiconductor : insulator polymer blends

The goal of my thesis is the study of a particular kind of a transistor, the water-gated transistor (WGOFET). The concept is similar to a normal transistor, but it is characterized by an electrolyte gating medium and the absence of a dielectric layer. When the gate is polarized, an electrical double layer at the interface between the electrolyte and the semiconductor(Helmoltz EDL) is formed. The width of two monoatomic charge layer it's in the order of magnitude of ≈1Å, establishing a remarkable capacitive coupling, allowing for low voltage operation of the transistor. This feature makes them ideal for biosensing applications, since biosensors require to convert small biological events into a significant electrical signal. The hereby reported experimental results demonstrate the fabrication and characterization of p-type water-gated transistors with P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), an organic semiconductor widely used in organic electronics and bioelectronics, herein employed in the form of pristine material and in semiconductor:insulator polymer blends for improved environmental stability. In the first section of the dissertation are discussed results of metal-evaporated contact devices on rigid glass substrates, while the second section investigates the operation of fully-printed devices on flexible plastic substrates.

Lo scopo della mia tesi è stato quello di studiare un particolare tipo di transistor, il transistor elettrolitico (WGOFET). Il concetto è simile a quello di un normale transistor, ma è caratterizzato da un mezzo di gating elettrolitico e dall'assenza di uno strato dielettrico. Quando il gate viene polarizzato, si forma un doppio strato di carica all'interfaccia tra elettrolita e semiconduttore (Helmoltz EDL). Lo spessore dei due strati dell'ordine di grandezza di ≈1Å,fa si che ci sia un notevole accoppiamento capacitivo, permettendo al transistor di operare a tensioni molto basse. Questa proprietà li rende ideali per applicazioni biosensoristiche, dato che i biosensori richiedono di convertire piccoli segnali biologici in segnali elettrici significativi. I risultati sperimentali qui riportati dimostrano la fabbricazione e la caratterizzazione di transistor p-type in configurazione water-gated, fatti con P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)), un semiconduttore organico largamente usato in elettronica organica e in bioelettronica, qua utilizzato nella sua forma pura e in un blend con un materiale isolante, per aumentarne la sua stabilità ambientale. Nella prima sezione della mia discussione sono discussi i risultati di device con contatti evaporati in metallo, mentre la seconda sezione investiga il funzionamento di device totalmente stampati su un substrato flessibile di plastica.