基于Sigmoid函数的pH敏感有机电化学晶体管Ⅰ-Ⅴ特性理论模型

摘要

【目的】前期基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝氢离子敏感薄膜以及聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层构建了pH传感器，并提出了pH敏感有机电化学晶体管的电流-电压（Ⅰ-Ⅴ）特性的理论模型。然而该模型在描述有机电化学晶体管跨导曲线时不够精确。为了提升模型准确性，使用Sigmoid函数对pH敏感有机电化学晶体管的Ⅰ-Ⅴ关系进行修正，理论分析对转移曲线、跨导曲线的拟合优度分别可高达0.999与0.984。【方法】分析Sigmoid函数泰勒级数特征后，在多项式中分别引入栅极电压与pH高阶项，修正了pH敏感有机电化学晶体管Ⅰ-Ⅴ特性的理论模型。【结果】该修正理论模型对跨导曲线实验结果的拟合优度提高了9.2%，最终以峰值跨导、峰值跨导对应栅压作为传感参数对修正理论模型的有效性、准确性进行了验证。【结论】研究结果为pH敏感有机电化学晶体管提供了普适的Ⅰ-Ⅴ特性关系，将为柔性可穿戴pH传感器设计与制造提供理论支撑。

关键词

有机电化学晶体管 / Sigmoid函数 / 电流-电压特性方程

基金资助

国家自然科学基金（52175542）; 山西省基础研究计划自然科学研究面上项目（20210302123136）; 重庆市自然科学基金（cstc2020jcyj-msxmX0002）; 中国博士后基金（2020M673646）