Coating engineering of composite materials for organic field-effect transistors

• Autores: Freddy del Pozo León
• Directores de la Tesis: Marta Mas Torrent (dir. tes.), M. D. Baró (dir. tes.), Concepción Rovira Angulo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Joaquim Puigdollers González (presid.), Berta Gómez-Lor Pérez (secret.), Annalisa Bonfiglio (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Materiales compuestos
  • Química
    • Química macromolecular
      • Polímeros compuestos
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Transistores
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DDD
• Resumen

  • Esta tesis describe el desarrollo de una tecnología para depositar películas delgadas de polímeros aislantes y materiales compuestos, para aplicaciones en transistores orgánicos de efecto de campo (OFETs). Los materiales compuestos se componen de un semiconductor y un aislante. El aislante es el aglutinante y el semiconductor el material activo. Los materiales activos son polímeros o moléculas pequeñas. Los aglutinantes son estirenos, metacrilatos o combinaciones de ambos. A fin de demostrar las capacidades de la tecnología desarrollada, nombrada Bar Assisted Meniscus Shearing (BAMS), películas delgadas de poliestireno sobre Si/SiOx fueron depositadas, espesores típicos en el intervalo de 50 a 80 nm se encontraron, también valores de RMS en el rango de 0,5 a 0,6 nm fueron determinados, y confirma que películas muy lisas fueron formadas con aplicación tentativa a dieléctricos. Poli (3-hexiltiofeno) (P3HT) es ampliamente utilizado en transistores orgánicos de efecto de campo. Materiales compuestos basados en P3HT y poliestireno fueron probados. OFETs basados en materiales compuestos que sólo utilizan un 10% del material activo (P3HT) mostraron una movilidad de 0,1 cm2V-1s-1 y dicho valor coincide con el valor máximo de mobilidad reportado en literatura hasta la fecha para P3HT puro. Es importante destacar que todos los OFETs fabricados por BAMS usando materiales compuestos tienen voltajes de umbral alrededor de cero voltios a pesar de que toda la fabricación y caracterización se llevo a cabo en aire. Los semiconductores poliméricos juegan un papel muy importante dentro de los semiconductores orgánicos, debido a su ventaja de la capacidad de procesamiento. Por otra parte, las moléculas pequeñas carecen de procesabilidad pero en general poseen una alta mobilidad. Así, materiales compuestos se han desarrollaron para añadir procesabilidad a las pequeñas moléculas, pero tratando de mantener una alta mobilidad. Derivados del TTF, dibenzo - tetratiafulvaleno (DB-TTF), ditiofeno - tetratiafulvaleno (DT-TTF) y bis (etylenetio) - tetratiafulvaleno (BET-TTF) fueron las tres moléculas pequeñas investigadas. En primer lugar, películas térmicamente evaporadas de DB-TTF y BET-TTF puros fueron investigadas y su estabilidad en aire evaluada, se encontró que ambos son extremadamente inestables en presencia de oxígeno y agua. La inclusión de BAMs ha demostrado ser eficaz para producir OFETs basados en materiales compuestos. En primer lugar, se investigaron mezclas de poli (?-metil-estireno) (PAMS), y DB-TTF. Los OFETs fabricados muestran estabilidad en aire y características de salida y de transferencia como las de un libro de texto, todas con mobilidades aceptables en el rango de 10-3 cm2V-1s-1. También OFETs a base de poliestireno isotáctico y DB-TTF se investigaron y mobilidades en el intervalo de 10-2 cm2V-1s-1 fueron encontradas. Además, una investigación de composiciones para los materiales compuestos se llevo a cabo, variando relaciones de mezcla y el peso molecular del poliestireno. Dicha investigación reveló que la mejor combinación es la relación de DB-TTF y poliestireno para GPC 3000 (PS3000) en una proporción 1: 2. Después de un estudio a fondo se obtuvo una mobilidad promedio para tal mezcla en el rango de 10-1 cm2V-1s-1 y tensiones umbrales cercanas a cero voltios, sin embargo vale la pena destacar que valores de mobilidad tan altos como 0.7 cm2V-1s-1 fueron encontrados. Medidas en función de la temperatura fueron llevadas a cabo y revelaron que el transporte de carga para estos dispositivos (DB-TTF: PS3000 1: 2) apuntan hacia una movilidad independiente de la temperatura, que correctos a nuestro saber y entender es el primer semiconductor orgánico procesado en solución que exhibe tal comportamiento. Otro comportamiento digno de resaltar fue el encontrado cuando los dispositivos constituyen inversores, ganancias tan altas como 300 fueron encontradas, lo que también a la actualidad es el valor de ganancia más alta para inversores orgánicos.