Otimização de PVA para uso como dielétrico em eletrônica orgânica

Abstract

O Álcool Poli Vinílico (PVA) é provavelmente o polímero mais estudado para aplicações dielétricas em dispositivos orgânicos, mas a concentração de grupos OH é capaz de afetar as características desses dispositivos. Uma maneira de reduzir a influência dos grupos OH é reticular o PVA. A reticulação é capaz de deixar a estrutura do material mais rígida, melhorando as propriedades de isolamento do polímero. Isso é feito através de agente reticulante, que cria ligações rígidas entre as moléculas do PVA. Neste trabalho foi usado Dicromato de Amônia (ADC) como agente reticulante. Um problema recorrente nesta tecnologia é a existência de cargas móveis no PVA, que provoca variação dos parâmetros dos dispositivos (por exemplo, tensão limiar dos transistores) após polarização do dielétrico. Como o ADC possui átomo de cromo na sua molécula, foi levantada a hipótese na literatura de que a carga móvel é provocada principalmente pelo excesso da concentração de cromo; contudo, recentemente, descobrimos através de análises com feixes de íons que não cromo, mas sódio incorporado na hidrolização do PVA é o responsável pelas cargas móveis. Partimos para uma purificação do PVA comercial. Neste trabalho, estudamos amostras que foram preparadas sob diferentes regimes, onde os parâmetros que caracterizam cada amostra são a reticulação, a purificação e a velocidade de deposição do PVA. Foram realizadas análises através de medidas elétricas C-V e I-V para comparar as diferentes amostras e verificar os efeitos de cada um dos parâmetros de preparação, a fim de descobrir quais deles proporcionam os melhores resultados para o uso de PVA em aplicações eletrônicas.

Polyvinyl Alcohol (PVA) is probably the most studied polymer for dielectric applications in organic devices, but the concentration of OH groups can affect the characteristics of these devices. One way to reduce the influence of OH groups is to crosslink PVA. Crosslinking can make the material structure stiffer, improving the insulation properties of the polymer. This is done through a crosslinking agent, which creates rigid bonds between PVA molecules. In this work, Ammonium Dichromate (ADC) was used as the crosslinking agent. A recurring problem in this technology is the existence of mobile charges in PVA, which causes variation of device parameters (e.g. threshold voltage of transistors) after dielectric polarization. As ADC contains chromium atoms in its molecule, the hypothesis in the literature is that the mobile charge is mainly caused by an excess concentration of chromium; however, recently, we discovered through ion beam analysis that not chromium, but sodium incorporated in PVA hydrolysis is responsible for the mobile charges. We proceeded with a purification of commercial PVA. In this work, we studied samples that were prepared under different regimes, where the parameters that characterize each sample are crosslinking, purification, and deposition velocity of PVA. Analysis through C-V and I-V curves were performed to compare the different samples and verify the effects of each preparation parameter, in order to discover which ones provide the best results for PVA use in electronic applications.