Gentle patterning approaches towards compatibility with bio-organic materials and their environmental aspects
材料科学、生物电子学和可植入医学的进步，加上最近对生态友好材料和技术的要求，不可避免地为纳米和微米图案化技术提出了新的挑战。总的来说，创造微米和纳米结构的重要性是由一个大的基础和应用性能的多样性，只有在纳米级访问的动机。光刻是一种重要的制造方法，用于在工业规模上创建原型和生产设备。最近，通过在电子学中实施生物有机系统，关键电子半导体元件的小型化的纯粹趋势得到了加强。到目前为止，已经做出了重大努力，以找到新的光刻方法，并开发旧的方法，以达到与微妙的生物有机系统的兼容性，并最大限度地减少对环境的影响。在此，我们简要回顾了这种微妙的材料和复杂的图案化技术。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Bright polariton OLEDs operating in the ultra-strong coupling regime
有机电致发光微腔在强耦合和超强耦合条件下的奇异现象，如极化激元激光和非线性光学效应的产生和控制仍然是一个巨大的挑战。主要的障碍源于少量的分子类的调查，以及从没有一个有效的策略，旨在最大限度地提高极化激元状态人口。在这里，我们报告了明亮的偏振激元有机发光二极管的香豆素荧光染料发光层，工作在超强耦合制度高达33%的耦合强度。由于高的辐射衰减发射，大的斯托克斯位移和精细的腔激子调谐，极化激子态的辐射泵浦机制已被充分优化，导致大部分（25%）的发射性电泵浦激子被转换成极化激子发射。所得到的极化激元OLED显示出高达0.2%的外量子效率和700 cd/m2的亮度的电光性能，对应于迄今为止报道的这类器件的最高值。我们的工作为有效利用有机极化激元动力学发展新型量子光电子器件提供了明确的指示。
2017-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Impact of thermal transport parameters on the operating temperature of OLEDs
有机发光二极管（OLED）中在其操作期间产生的过量热可加速其劣化并且可导致不均匀的亮度分布，特别是在大面积OLED中。评估热过剩的定量影响是困难的，因为所有与电荷传输和通过电荷复合发射有关的决定性过程都是热激活的。例如，由于更高的温度而升高的电流导致额外的焦耳加热并因此进一步增加器件温度。在这里，我们建立了负责热传输的参数，即，有机层的热导率和器件表面与环境之间的传热系数控制OLED内部的温度。我们建立，依赖于三维漂移扩散模拟，自洽耦合热激活电荷传输和热传输，有机层的热导率不是热传输的瓶颈，因为在现实的设备几何形状中遇到的层厚度防止热量积累。向周围环境的热传递是从器件散发多余热量的关键参数。可以改善OLED电性能的有意升高的操作温度不一定是有益的，因为操作温度的任何增加都会降低器件稳定性。对OLED温度起决定性作用的热效应发生在电活性区域之外的器件层中。我们提出的解析表达式，在设备中的温度为一个给定的操作点的热传递到环境和基板。
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tattoo-Paper Transfer as a Versatile Platform for All-Printed Organic Edible Electronics
使用天然或生物材料开发可食用电子设备是一种潜在的颠覆性技术，可以促进即时检测。该技术利用了可以安全摄入的设备，以及药丸甚至食物，并在胃肠道内操作。可摄取电子产品可能会针对大量的生物医学应用，作为治疗和诊断工具，这项技术也可能会影响食品行业，通过提供可摄取或食品兼容的电子标签，可以智能跟踪货物并监控其在分销链中的质量。因此，我们提出临时纹身纸作为一个简单而多功能的平台，用于将电子产品集成到食品和药物胶囊上。特别是，我们证明了制造的所有印刷的有机场效应晶体管（OFFERS）在未经处理的商业纹身纸，以及其随后的转移和操作的可食用基板上具有复杂的非平面几何形状。
2018-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fully 3D-Printed Organic Electrochemical Transistors
有机电化学晶体管（OECT）目前正在研究各种应用，从传感器到逻辑和神经形态硬件。制造过程必须与灵活和可扩展的数字技术兼容，以满足这种广泛的应用。在这里，我们报告了一种直接写入添加剂工艺来制造完全3D打印的OECTs。我们开发了3D打印导电，半导体，绝缘和电解质油墨来实现这一目标。在耗尽模式下工作的3D打印OECTs可以在薄而柔性的基板上制造，从而获得高的机械和环境稳定性。我们还为OECT基板开发了一种可3D打印的纳米纤维素配方，展示了完全3D打印电子设备的首批示例之一。良好的多巴胺生物感测能力（在没有金属栅电极的情况下，检测极限低至6 μ M）和长期（~1小时）突触响应强调了本发明的OECT制造策略适合于需要快速设计改变和数字化使能的直接写入技术的各种应用。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Watching Space Charge Build up in an Organic Solar Cell
空间电荷效应会严重影响有机光致发光器件（OPV）的电荷收集性能，特别是在厚膜器件中。空间电荷的两个主要原因是掺杂和不平衡输运。虽然这些是完全不同的现象，但它们导致光电流的相同电压依赖性，使它们难以区分。在这项工作中，介绍了一种方法，如何建立的空间电荷，由于不平衡的运输可以在一个真正的有机太阳能电池监测。该方法是基于量子效率谱的重建，只需要简单的测量光学输入参数。这使得它适用于筛选新的OPV材料。此外，数值和分析手段推导出预测的电荷收集上的不平衡传输的影响。结果表明，当电荷复合被充分减少，平衡的运输是有效的厚膜OPV的必要条件。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Free-standing silicon shadow masks for transmon qubit fabrication
用于超导量子比特的纳米纤维技术依赖于通过电子束或光学光刻形成图案的基于抗蚀剂的掩模。我们已经开发出一种替代的纳米纤维技术的基础上独立的硅荫罩制造的绝缘体上硅晶片。这些硅荫罩不仅消除了与基于抗蚀剂的光刻相关的有机残留物，而且通过将掩模制造与衬底制备解耦，提供了一种更好地理解和控制超导量子位中表面介电损耗的途径。我们已经成功地制造了铝三维transmon超导量子比特与这些荫罩，并发现相干品质因数与标准技术制造的那些。
2020-08-16 physics.app-ph quant-ph
Experimentally Calibrated Kinetic Monte Carlo Model Reproduces Organic Solar Cell Current-Voltage Curve
动力学蒙特卡罗（KMC）模拟是研究有机光致发光中载流子动力学的有力工具。然而，任何光伏器件的关键特性，即其在太阳光照下的电流-电压（$J$ - $V$）曲线，已经证明使用KMC模拟具有挑战性。主要的挑战来自于注入接触的存在和当内部电场较低时电荷复合的重要性，即，接近开路条件。在这项工作中，实验校准的KMC模型，可以完全预测的$J$ - $V$曲线的无序有机太阳能电池。它表明，这是至关重要的实验证明的假设上的注入障碍，共混物的形态，和双生和nongeminate重组中涉及的电荷转移状态的动力学。所有这些属性独立校准使用电荷提取，电子显微镜，和瞬态吸收测量，分别。提供了明确的证据，从微观和瞬态KMC建模得出的结论确实是相关的实际操作的有机太阳能电池设备。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
A simple strategy to measure the contact resistance between metals and doped organic films
从电极向掺杂有机膜中的电荷注入是在大多数现有技术的有机半导体器件中使用的广泛技术。虽然这种界面通常被认为是通过强能带弯曲形成欧姆接触，但直接测量接触电阻的实验尚未得到证实。在这项研究中，我们使用一个简单的金属/掺杂的有机半导体/金属堆叠，并研究其电压依赖性的电阻。传输层厚度的变化证明，所提出的实验获得直接访问的设备的接触电阻。我们可以量化，对于10 mA/cm 2的工作电流密度，所研究的材料系统在金属/有机界面上表现出约200 mV的电压降，当采用额外的注入层时，该电压降可以降低一个以上的数量级。所提出的实验提出了一种简单的策略来测量任何金属和掺杂的有机膜之间的接触电阻，而不应用数值工具或复杂的技术。此外，简单的器件架构允许有机层内的非常高的、均匀的和可调谐的电场，这使得能够清楚地研究Poole-Frenkel效应。
2022-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Significant Light Extraction and Power Efficiency Enhancement of Organic Light Emitting Diodes by Subwavelength Dielectric-Nanomesh Using Large-area Nanoimprint
为了提高发光二极管（OLED）的功率效率，我们开发了一种新的OLED结构，称为介电纳米网OLED（DNM-OLED），通过大面积纳米压印光刻（NIL）制备。介电纳米网基板与亚波长纳米网光栅图案到玻璃中释放的光子被困在ITO和有机层的导模到泄漏模式。介电纳米网基板将整个OLED层修改为波纹状配置，这进一步降低了寄生电阻，从而降低了工作电压。对于我们演示的红色磷光OLED，使用DNM-OLED结构，光提取效率提高了1.33倍，工作电压降低了46%，共同作用，导致功率效率提高了1.8倍。除了红色OLED之外，DNM-OLED结构还被示出能够用于绿色和蓝色OLED，并且在没有进一步结构修改的情况下实现了增强的光提取效率（对于绿光为1.31倍，对于蓝光为1.45倍），这证明了DNM-OLED的光提取增强是宽带的。
2023-01-31 physics.app-ph physics.optics
Electrospun Conjugated Polymer/Fullerene Hybrid Fibers: Photoactive Blends, Conductivity through Tunnelling-AFM, Light-Scattering, and Perspective for Their Use in Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells
采用静电纺丝法制备了基于MEH-PPV/PVP/PCBM的共轭聚合物/富勒烯杂化纤维，并通过扫描电子显微镜、原子力和侧向力、隧道效应、共聚焦显微镜、衰减全反射傅里叶变换红外光谱、光致发光量子产率和空间分辨荧光等手段对其性能进行了表征。突出的特征包括所实现的纤维的带状形状，以及作为太阳能电池器件中异质活性层模板的网络的持久性。一组有利的特性证明，以这种方式在均匀的电荷传输行为和形成的有效界面的光生激子的扩散和解离。表现出纳米纤维垫的特定光散射性质的有机长丝与光的相互作用也可能有助于将入射辐射散布在活性层上，从而潜在地增强光伏性能。该方法可应用于其他电子给体-电子受体材料系统，用于制造通过嵌入共轭聚合物和富勒烯化合物的纳米纤维形态增强的太阳能电池器件。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Over 100% Light Extraction Enhancement of Organic Light Emitting Diodes Using Flat Moire Micro-Lens Array Fabricated by Double Nanoimprint Lithography Over a Large Area
为了提高有机发光二极管（OLED）的光提取效率，我们开发了一种新型衬底，即，使用双纳米压印形成的基于超材料的平坦莫尔微透镜阵列，称为Mlens-array，由六边形莫尔图案柱阵列组成。通过选择用于柱阵列的低折射率电介质材料和用于柱阵列顶部上的覆盖层的高折射率电介质材料，我们制造了表现为常规凸光学微透镜阵列的Mlens阵列。采用双循环复合纳米压印光刻技术在4英寸的玻璃衬底上制作了Mlens阵列，该技术易于实现大规模的高通量制作。在典型的绿色发光OLED中应用Mlens阵列基板，与在常规平面玻璃基板上制造的控制装置相比，光提取效率提高了超过100%（2.08倍）。
2023-01-31 physics.app-ph physics.optics
Low voltage graphene interface engineered organic ferroelectric tunnel junction devices
本文通过界面层工程，在单层石墨烯上沉积超薄铁电薄膜制备铁电隧道结，实现了约0.8V的低压极化切换和显著的隧道电阻，解决了铁电材料低电压应用的障碍。
2025-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Neuromorphic Time-Dependent Pattern Classification with Organic Electrochemical Transistor Arrays
基于高度可变的神经细胞单元的自下而上的组装，神经系统可以达到与微电子中使用的标准材料和器件相比无与伦比的性能水平。在硬件中再现这些基本概念可能会彻底改变用于信息处理的材料和设备工程。在这里，我们提出了一种创新的方法，依赖于离子电子材料和固有的设备物理显示模式分类的12个单元的生物传感阵列。我们使用水库计算和学习的概念，以400纳米沟道长度的有机电化学晶体管（OECT）的离子动力学的基础上，演示相关的计算。我们表明，这种方法有效地应对高水平的可变性，通过自下而上的制造，使用一种新的电聚合聚合物，使离子电子器件的功能和材料在电解质中的稳定性。我们研究了阵列大小和可变性对实时分类任务性能的影响，为新的嵌入式传感和处理方法铺平了道路。
2018-06-12 cs.ET physics.app-ph
Luminescent Waveguides In-situ Integrated with Organic Solar Cells for Internet of Things
透明电子器件通过“透视”光电子器件的演示为发电提供了令人兴奋的光捕获解决方案。无线能量收集能力可以为物联网（IoT）设备提供不插电和无电池操作。在这项研究中，我们报告了一个透明的，发光的，和弹性体的光波导结合量子点，是在原位耦合的有机太阳能电池阵列制成的P3 HT：PC61 BM体异质结。CdSe@ZnS量子点具有91%的光致发光量子产率（PLQY），并且被合成工程化以使其光致发光光谱与P3 HT：PC61 BM太阳能电池的光响应相匹配，以实现有效的能量收集。集成器件可以产生足够的功率，使有源射频识别（RFID）标签分别在0.1-sun和~0.1 km的低照度水平下在1-sun条件下在35 m的通信距离内发送信号，这足以用于室内和室外通信。有利地，在弹性体固化期间有机太阳能电池与波导的组合导致消除了不期望的后制造工艺，诸如太阳能电池与波导的对准以及用可固化聚合物胶合单独的部件。这项研究为使用发光作为物联网应用的透明，高效和可配置的能量收集解决方案铺平了道路。
2021-03-22 physics.app-ph
Sequentially Deposited versus Conventional Nonfullerene Organic Solar Cells: Interfacial Trap States, Vertical Stratification, and Exciton Dissociation
由顺序沉积的施主和受主层（sq-BHJ）制备的体异质结（BHJ）非富勒烯有机太阳能电池最近被看好是高效的、环境友好的，并且与大面积和卷到卷制造兼容。然而，在施主-受主界面和施主-受主分布的垂直不均匀性，激子解离和器件性能的关键，相关的电子物理学，在很大程度上是未开发的。在此，稳态和时间分辨的光学和电学技术被用来表征界面陷阱状态。与界面态的发光效率及其非辐射复合相关，界面陷阱态的特征在于在sq-BHJ中比铸态BHJ（c-BHJ）多约50%，这可能限制了器件电压输出。横截面能量色散X射线光谱和紫外光电子能谱深度剖析直接可视化的施主-受主垂直分层的精度为1-2 nm。从所提出的“针”模型，高激子解离效率是合理的。我们的研究强调了顺序沉积制造高效太阳能电池的前景，并指出通过消除界面陷阱态来提高电压输出和整体器件性能。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Latent Pigments Strategy for Robust Active Layers in Solution-Processed, Complementary Organic Field-Effect Transistors
溶液加工有机半导体通过具有成本效益的、基于溶液的大规模制造技术实现了大面积和柔性电子产品的制造。然而，对于许多应用，不溶性活性层可以在对加工溶剂的鲁棒性方面提供技术优势。这在场效应晶体管（FET）中特别相关，其中，在半导体层的顶部上处理来自溶液的阻挡层或屏障通常强制使用正交溶剂，以便不干扰纳米厚的累积沟道。为此，使用潜在的颜料，高度可溶的分子，可以产生不溶性膜后，沉积热裂解的增溶基团，是一个非常有前途的策略。在这方面的贡献，我们证明了使用叔丁氧羰基（叔-Boc）官能化的diketopyrrolopyrrole和二萘嵌苯-二酰亚胺小分子的良好的空穴和电子传输膜。t-Boc热裂解产生的膜的致密化，随着强的脱保护分子的结构重排，强烈地提高电荷迁移率在p型和n型FET。我们还强调了这些高度不溶性半导体层对典型和侵蚀性加工溶剂的鲁棒性。这些结果可以大大提高多层有机电子器件制造的自由度，为苛刻的加工步骤提供增强的稳定性。
2017-10-12 physics.app-ph
Polycrystalline ferroelectric croconic acid for multisource environmental energy harvesting
Materials Science Institute of Seville (CSIC- US)（塞维利亚材料科学研究所）
研究通过真空升华在柔性基板上制备多晶环烷酸薄膜并原位封装，集成到多层器件中，该材料虽为多晶却展现热电性，所提制造路线结合沉积与封装，简化器件制造，有望用于多源能量收集系统。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carbon-based Microfabricated Organic Electrochemical Transistors Enabled by Printing and Laser Ablation
本研究提出一种无需洁净室与光刻的增材-减材复合微加工策略，采用可降解材料室温制备碳基柔性OECTs，兼具高分辨率、结构多样性与环保可降解性，为可持续有机电子快速原型制备提供新路径。
2025-07-29 physics.app-ph
Electrically packaged silicon-organic hybrid (SOH) I/Q-modulator for 64 GBd operation
硅有机混合（SOH）电光（EO）调制器将小尺寸与低工作电压以及因此的低功耗相结合，从而使其自身适合于大规模器件阵列的片上集成。在这里，我们展示了一个电气封装的概念，使片上SOH器件和外部电路之间的高密度射频（RF）接口。该概念将高分辨率$\mathrm{Al_2O_3}$印刷电路板与技术上简单的金属引线键合相结合，适用于具有小片上键合焊盘间距的器件阵列封装。在一组实验中，我们表征了底层RF构建块的性能，并通过生成高速光通信信号来证明整体概念的可行性。使用正交相移键控（QPSK）调制实现128 Gbit/s（64 GBd）的线路速率（符号速率），使用16状态正交幅度解调（16 QAM）实现160 Gbit/s（40 GBd）的线路速率，我们相信我们的演示代表了将SOH调制器从概念验证实验部署到商业环境的重要一步。
2019-07-15 physics.app-ph
Design, Fabrication, and Testing of a Liquid Cooling Platform for High Power 3D-ICs
3D集成电路（3D-IC）技术由于能够实现极高的集成度而获得认可，其中数百个IC垂直堆叠。这样的集成水平可以导致超过50 kW/cm 2的局部功率耗散。这将导致IC的瞬间蒸发，除非采用有效的冷却技术。液体冷却可能是完成这项任务的最有效技术之一。为了研究这种技术的有效性，我们设计，建造和测试了一个测试平台。该测试平台包括一测试芯片及一散热模组。测试芯片包含加热器以提供功率和传感器以测量局部温度。研究表明，所提出的冷却模块可以将420 W/平方英寸电路的温度降低到39-50摄氏度的IC的正常工作范围，使用两相R22液体冷却剂。
2019-10-31 physics.app-ph
An 860 MHz Wireless Surface Acoustic Wave Sensor with a Metal-Organic Framework Sensing Layer for CO2 and CH4
具有纳米多孔金属有机框架（MOF）传感层的无线和无源表面声波（SAW）器件在诸如能源工业和空气污染控制的许多领域中是有吸引力的气体传感器。在这里，我们报告提高灵敏度和检测限的沸石咪唑骨架-8（ZIF-8）的MOF涂层SAW反射延迟线质量传感器，通过增加工作频率的敏感检测二氧化碳（CO2）和甲烷（CH 4）在环境条件下。特别是，我们显示了至少四倍的灵敏度的860 MHz（4 μm周期）SAW反射延迟线涂有240 nm厚的ZIF-8相比，430 MHz（8 μm周期），否则相同的传感器设备的灵敏度目标气体。高频无线设备对CO2和CH 4的检测限估计分别为0.91 vol-%和7.01 vol-%。更高频率的设备的增强的灵敏度解释的频率相关的声波能量限制。
2020-05-01 physics.app-ph
