Fabricação de transistor orgânico de efeito de campo sobre substrato plástico flexível

Abstract

elementares da eletrônica orgânica, vêm sendo desenvolvidos e integrados para realização de dispositivos eletrônicos de baixo custo, alto volume e flexíveis. Nesta tese foi proposta uma tecnologia para a construção de OFETs sobre substrato flexível e a caracterização destes dispositivos foi feita. Transistores com diferentes comprimentos de canal (L= 5, 10, 20 e 40 μm) foram construídos e avaliados. As características e configuração do poli (álcool vinílico) (PVA) como dielétrico de porta foram definidas através da otimização da reticulação, grau de hidrólise e peso molecular. O PVA utilizado como dielétrico de porta foi de alto peso molecular, hidrolização incompleta e reticulado com dicromato de amônia. O desafio de compatibilização entre os filmes de PVA e poli (3-hexiltiofeno) (P3HT) com diferentes polaridades foi superado e abriu caminho para construção de OFETs e capacitores, estes últimos usados para extrair a capacitância por unidade de área do conjunto PVA-P3HT. Os processos desenvolvidos de fotolitografia e de oxidação por plasma de oxigênio possibilitaram a construção de transistores flexíveis inéditos de Ni-P3HT-PVA-Al com uma arquitetura top-gate, bottom-contacts. Os transistores apresentaram boas características de saída, baixa tensão de operação (< |-6 V|), boa mobilidade (0,015 cm2/V*s) e razões ION/IOFF aceitáveis (~300). A resistência de contato e mobilidade efetiva foram obtidas através do método de linhas de transmissão. Uma boa estabilidade temporal foi atingida, porém ocorreram instabilidades na operação quando os transistores foram testados. A corrente do transistor não se manteve estável, primeiramente aumentou e depois diminuiu com a realização de sucessivas medidas. As razões deste comportamento foram discutidas. Inversores foram demonstrados e caracterizados. O aperfeiçoamento da tecnologia desenvolvida possibilitará a construção de circuitos orgânicos analógicos e digitais para aplicações cotidianas que demandem baixo custo e alto volume.

Organic field effect transistors (OFETs), the elementary components of organic electronics, are constantly developed and integrated to realize low cost, high volume, flexible electronic devices. In this thesis a technology for creating OFETs on flexible substrates is proposed and their characterization is performed. Flexible transistors with different channel lengths (L= 5, 10, 20 and 40 μm) were built and evaluated. The characteristics and configurations of the poly (vinyl alcohol) (PVA) as gate dielectric were defined through the optimization of crosslinking, the degree of hydrolysis and the molecular weight. The chosen PVA is cross-linked with ammonium dichromate, has a high molecular weight and incomplete hydrolization. The challenge of integrating polymers of different polarities: PVA and poly (3-hexyl thiophene) (P3HT), the chosen organic semiconductor, was overcome and opened a path to the construction of OFETs and capacitors. From the later capacitance per unit area was extracted. The developed processes of photolithography and oxygen plasma etching allowed the construction of unprecedented Ni-P3HT-PVA-Al flexible top-gate, bottomcontacts transistors. The transistors showed good output characteristics, low operation voltages (< |-6 V|), acceptable carrier mobilities (0,015 cm2/V*s) and ION/IOFF fractions (~300). Contact resistance and effective mobility were extracted through transmission line method. The transistors showed great temporal stability, but when operated instabilities occurred. The transistor output current first increased and later degraded with successive testing. Organic PMIS inverters were demonstrated and characterized. The optimization of this technology may lead to construction of flexible logic organic devices for everyday applications.