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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.76.2012.tde-18122012-114317
Documento
Autor
Nome completo
Alexandre de Castro Maciel
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Faria, Roberto Mendonça (Presidente)
Alves, Neri
Benvenho, Adriano Reinaldo Viçoto
Cremona, Marco
Guimarães, Francisco Eduardo Gontijo
Título em português
Fabricação e estudo das propriedades de transporte de transistores de filmes finos orgânicos
Palavras-chave em português
Filmes finos de polímeros
P3HT
PMMA
TMTES-Pentaceno
Transistor de efeito de campo orgânicos
Resumo em português
A eletrônica digital desempenha papel essencial no desenvolvimento e manutenção dos padrões de vida em prática hoje no mundo. A peça fundamental para a criação desta era tecnológica é sem dúvidas o transistor. Com o advento de novos materiais, a busca por transistores que oferecem novas oportunidades de processamento e aplicação permitiu que uma nova área fosse criada: a eletrônica orgânica. Transistores de efeito de campo baseados em filmes finos de materiais orgânicos têm recebido grande atenção nas últimas décadas. Apresentamos um estudo experimental e teórico de transistores de efeito de campo a base de filmes finos orgânicos. Foram caracterizados transistores usando um derivado do pentaceno (TMTES-pentaceno) como camada ativa em um dispositivo feito sobre Si/SiO2. Mostramos que a inclusão do semicondutor orgânico em uma matriz polimérica isolante ajuda a manter a estabilidade termo mecânica do dispositivo. Foi desenvolvido um modelo que levasse em conta as resistências parasíticas para explicar o comportamento do transistor em função da temperatura. Também foram construídos e caracterizados transistores usando rr-P3HT como semicondutor e PMMA como isolantes. Apresentamos transistores do tipo Top-Gate e Bottom-Gate com mobilidade máxima de 7 x 10-3 cm2/V.s. Valores de razão ON/OFF de ~ 900 foram encontrados nos transistores otimizados. O comportamento dos transistores é analisado em função da temperatura e os modelos de aproximação de canal gradual e de Vissenberg-Matters foram aplicados para extração dos parâmetros de interesse. Por fim, apresentamos um modelo de corrente de canal baseado na resolução 2D numérica da equação de Poisson usando as idéias de Vissenberg-Matters para a concentração de cargas em função do potencial local. O modelo, embora ainda nos primeiros estágios de desenvolvimento, prevê a saturação da corrente nas curvas de saída simuladas sem limitações de regime de validade.
Título em inglês
Manufacturing and study of charge transport properties of organic thin film transistors
Palavras-chave em inglês
Organic field effect transistor
P3HT
PMMA
Polymer thin films
TMTES-Pentacene
Resumo em inglês
Digital electronics plays an essential role in the development and maintenance of living standards into practice in the world today. The cornerstone for the creation of this technological age is undoubtedly the transistor. With the advent of new materials, the search for transistors that offer new opportunities in processing and application allowed a new area to be created: the organic electronics. Field effect transistors based on organic thin films have received great attention in recent decades. We report an experimental and theoretical study of field effect transistors based on organic thin films. We characterized transistors manufactured using a derivative of pentacene (TMTES-pentacene) as the active layer in a device and using Si/SiO2 as gate and insulator. We show that the inclusion of the organic semiconductor in an insulating polymeric matrix helps to maintain the termo-mechanical stability of the device. A model was developed that take into account the parasitic resistances and to explain the behavior of the transistor as a function of temperature. We also present the manufacturing and characterization process of transistors using rr-P3HT as semiconductor and PMMA as insulator. We report Top-Gate and Bottom-Gate transistors with maximum mobility of 7 x 10-3 cm2/V.s. The maximun ON/OFF ratio of ~ 900 was found for the optimized transistors. The behavior of the transistors was analyzed as a function of temperature and both gradual channel approximation and Vissenberg-Matters models were applied for extracting the parameters. Finally, we present a channel current model based on the resolution of 2D numerical Poisson equation using the ideas of Vissenberg-Matters to the calculate the concentration of charges due to the local potential. The model, although still in the early stages of development, predicts the saturation current at output simulated curves with no limitation of regime validity.
 
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Data de Publicação
2012-12-20
 
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