四川
转自：Materials Science in Semiconductor Processing
论文信息：
Mallikarjun R, Holla H, Joshi R S. Fabrication and characterization of planar electrolyte gated field effect transistor with magnetic electrodes[J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2023, 168: 107855.
论文链接：
www.elsevier.com/locate/mssp
研究背景
近年来，由于在生物传感、分子电子学和柔性光伏等领域的应用，平面场效应晶体管(FET)受到了广泛的关注。使用平面几何结构的优点是其在大面积制造中的兼容性，柔性基板上的印刷能力，低成本和易于高阶集成。平面栅极几何结构允许源极、漏极和栅极在同一平面上作图。它降低了制造的复杂性，并且易于与流体通道集成。在用于制造场效应管的平面栅极几何结构中，发现液体门控场效应管在研究通道特性方面是有效的。液体门控是为了了解通道材料的基本性质，调整相变及其电学性质。在液体门控FET中，研究最多的是电解质门控FET和水门控FET。
研究内容
本文以聚苯胺(PANI)为富缺陷半导体，颗粒镍为平面电极，以1-己基3-甲基咪唑氯为电解质制备了电解质门控场效应晶体管(EG-FET)。采用氧化聚合法制备了聚苯胺，并用FTIR光谱和电流-电压(I-V)特性对其进行了表征，并在离子环境中建立了稳定的富缺陷半导体。单个结的特性显示出界面极化的存在以及势垒高度和理想因数随磁场的可调性。
平面电极结构通过简单的塑料模板在玻璃基板上使用导电镍漆(从MG化学品中获得)进行图案化，如图1a所示。采用三侧栅电极，使栅场分布均匀。电解液接触所有三面形成对称场。此外，右侧的扩展用于栅极接触，栅极接触远离反应区或通道区域，使该模式在研究原位化学反应时非常有用。外加磁场作用下平面EG-FET的截面图如图1b所示。为栅极提供恒定电压，并允许系统稳定15分钟。使用键控光源和测量单元B2902A记录电流。
图1 (a)在磁场中以聚苯胺作为半导体材料设计平面电解质门控场效应管的几何形状，(b)平面EG-FET器件在磁场中的截面图
采用范德保法计算了高缺陷致密老化聚苯胺的RH随磁场的变化，如图2所示。RH为负，表明载流子以电子为主，且RH随磁场的增加呈非线性增加。值得注意的是，非线性很强，是随磁场迁移率变化的一个指标。在1000G时，霍尔迁移率约为584.36 cm2V−1s−1，这一特征证实了通过强局域杂质态产生的显著跳变传导，这有助于在电解质-半导体界面产生ME耦合。
图2 聚苯胺范德保法测量霍尔效应的霍尔系数与磁场关系
用两种探针方法研究了聚苯胺的I-V特性，如图3所示。当氧化合成时，聚苯胺是一种良好导体，表现出纯欧姆行为，在由电极和被测材料的电子密度差引起的较高电压下具有微弱的非欧姆性质。直到±0.8 V左右，曲线是线性的，预计该区域的输运是扩散的。由I-V曲线线性区斜率得到的自立膜电阻率为32.5 Ω-cm。
图3 聚苯胺(PANI)随天的电流-电压特性
总结与展望
以镍平面磁电极和聚苯胺为富效应半导体材料，制备了电解质门控场效应晶体管(EG-FET)。分析了它在不同磁场下的栅源结和输出特性。结果表明，该器件具有显著的直流磁阻，这是自旋电子学中潜在应用的一个有前途的特性，并且对电流-电压特性的强磁依赖性在多控制应用中建立了显著的界面耦合。此外，在不同磁场下观察到的输出特性的变化表明，该器件具有用于磁场传感器和具有大磁流变响应的开关的潜力。总的来说，本研究为新型磁电离子器件的发展提供了有价值的见解，并为离子驱动自旋电子学的进一步研究铺平了道路。
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