Dual-Gate OTFTs and Multiplexer Chips: Advancing the Next Generation of Flexible EG-ISFET Sensor Chips

Abstract

Aquesta recerca és centra en el desenvolupament i la validació d'una arquictura i differents dissenys innovadora de sensora que combinen sensors ISFET amb electrode de porta extern i multiplexors mitjançant l'ús de OTFT de doble porta. Aquest avenç obre noves possibilitats per a la implementació de xips de sensors flexibles i respectuosos amb el medi ambient. La integració de la funcionalitat de multiplexació permet la selecció de diferents guanys i sensibilitats, així com la possibilitat de substituir els dispositius danyats, millorant la versatilitat i la fiabilitat generals del sistema de sensors.

Un dels avantatges clau del nostre enfocament és el procés de fabricació simplificat i rendible dels OTFT en comparació amb les tecnologies tradicionals basades en silici. L'absència de processos CMOS en el domini orgànic ens porta a l'ús d'OTFT de doble porta per construir multiplexors capaços de bloquejar senyals dels ISFET inactius mentre processen els actius. El procés Smartkem de 2,5 micres ofereix una solució de fabricació viable per a aquests OTFT de doble porta. A més, l'ús de patrons digitals elimina la necessitat de fabricar màscares, reduint els costos d'enginyeria no recurrents associats amb el procés de fabricació.

Esta investigación se centra en el desarrollo y la validación de una arquitectura y unos diseños innovadores de circuito integrados orgánicos que combinan sensores ISFET con electrodo de puerta externo y multiplexores utilizando OTFT de doble puerta. Este avance abre nuevas posibilidades para la implementación de chips sensores flexibles y ecológicos. La integración de la funcionalidad de multiplexación permite la selección de diferentes ganancias y sensibilidades, así como la capacidad de reemplazar dispositivos dañados, mejorando la versatilidad y confiabilidad general del sistema de sensores.

Una ventaja clave de nuestro enfoque es el proceso de fabricación simplificado y rentable de OTFT en comparación con las tecnologías tradicionales basadas en silicio. La ausencia de procesos CMOS en el dominio orgánico requiere el uso de OTFT de doble puerta para construir multiplexores capaces de bloquear señales de ISFET inactivos mientras se procesan los activos. El proceso Smartkem de 2,5 micras ofrece una solución de fabricación viable para estos OTFT de doble puerta. Además, el uso de patrones digitales elimina la necesidad de fabricar máscaras, lo que reduce los costos de ingeniería no recurrentes asociados con el proceso de fabricación.

This research focuses in the development of innovative sensor circuit architectures and design that combines extended gate ISFET sensors and multiplexers using dual gate OTFTs. This breakthrough opens up new possibilities for the implementation of flexible and environmentally friendly sensor chips. The integration of multiplexing functionality enables the selection of different gains and sensitivities, as well as the ability to replace damaged devices, enhancing the overall versatility and reliability of the sensor system.

One key advantage of our approach is the simplified and cost-effective fabrication process of OTFTs compared to traditional silicon-based technologies. The absence of CMOS processes in the organic domain necessitates the use of dual-gate OTFTs to construct multiplexers capable of blocking signals from inactive ISFETs while processing the active ones. The Smartkem 2.5-micron process offers a viable fabrication solution for these dual-gate OTFTs. Furthermore, the use of digital patterning eliminates the need for fabricating masks, reducing non-recurring engineering costs associated with the manufacturing process.