Otimização de transistores de efeito de campo orgânico baseados em ftalocianinas metálicas

Abstract

Resumo: No presente trabalho foram desenvolvidos transistores de efeito de campo orgânicos em arquitetura planar. As amostras foram construídas através de sucessivas deposições de filmes finos poliméricos. Foi utilizada ftalocianina como camada semicondutora ativa e álcool polivinílico como camada dielétrica. Com o propósito de melhorar o desempenho dos transistores foi realizado tratamento na camada dielétrica desses dispositivos. Três tipos de tratamentos foram realizados por meio da deposição de três substâncias distintas em sua superfície, antes da deposição da camada semicondutora. No primeiro estudo foram utilizados os surfactantes brometo de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) e dodecil sulfato de sódio (SDS). Sendo o CTAB e o SDS surfactantes de natureza catiônica e aniônica, respectivamente. Outro material usado no tratamento do dielétrico foi a blenda polimérica poli(3,4etilenodioxitiofeno) dopado com poli(sulfonato de estireno) (PEDOT:PSS). Os tratamentos realizados na camada dielétrica resultaram na melhoria do desempenho dos OFETs, aumentando consideravelmente os valores da mobilidade de efeito de campo, razão on/off e transcondutância. A mobilidade como função da espessura mínima do canal efetivo também foi analisada. Encontramos que a dependência da mobilidade com essa espessura pode ser modificada através do tratamento da camada dielétrica. Foi encontrado um aumento de aproximadamente 20 vezes nos valores da mobilidade de efeito de campo e da transcondutância para as amostras que receberam tratamento com o PEDOT:PSS, se comparadas às amostras sem tratamento. Já no estudo realizado com os surfactantes a mobilidade aumentou de (2,0 ± 0,8) × 10-3 cm2/Vs para (4,6 ± 0,7) × 10-2 cm2/Vs, e a razão on/off teve um aumento de (33,1 ± 1,1) para (1034 ± 2,9), como conseqüência do tratamento do dielétrico pelo surfactante SDS. Os dispositivos tratados apresentaram desempenho superior a outros dispositivos já reportados na literatura preparados com ftalocianina de cobre e de níquel. O tratamento da superfície do dielétrico consiste na inclusão de uma fina camada dos materiais CTAB, SDS ou da blenda polimérica PEDOT:PSS antes da deposição da camada semicondutora. Diante disso, este trabalho apresenta estratégias simples e eficientes de aprimorar o funcionamento dos OFETs contendo ftalocianina metálica como camada ativa.

Abstract: In this work an organic field effect transistors in planar geometry was developed. These samples were made through successive depositions of thin polymeric films. Metall phthalocyanines were used as the active semiconductor layer and poly(vinyl alcohol) as a dielectric layer. In order to improve the transistors performance the dielectric layer was submitted to chemical treatment. Three kinds of treatments were made through depositing three different substances on the surface, before semiconductor layer deposition. In the first study, we used the surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) and sodium dodecyl sulfate (SDS). The CTAB and SDS surfactants are cationic and anionic surfactants, respectively. The polimeric blend poly(3,4ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) was also used on the for the same purpose. These three dielectric layer treatments improved the OFETs performance, increasing the mobility field effect, on/off current ratio and transconductance values. The field effect mobility as a function of the effective channel bootleneck thickness was also investigated. The results showed that the mobility dependence as a function of the channel thickness can be modified. It was found that the mobility and transconductance increase about 20 times for PEDOT:PSS treated samples, when compared to untreated samples. In the surfactant treatment the mobility increased from (2.0 ± 0.8) × 10-3 cm2/Vs to (4.6 ± 0.7) × 10-2 cm2/Vs, and on/off ratio increased from (33.1 ± 1.1) to (1034 ± 2.9), as a result of SDS surfactant inclusion in the transistors. The treated devices showed superior performance than other devices already reported in the literature for Cu and Ni phthalocyanine. The dielectric surface treatment is the inclusion of a thin layer of CTAB, SDS or the polymer blend PEDOT:PSS material before the semiconductor layer deposition. Therefore, this work presents a simple and effective strategies to improve the OFETs based metal phthalocyanine as active layer performance.