Memórias orgânicas baseadas em esferas de carbono e transistores de efeito de campo orgânicos e baixa tensão de operação

Abstract

Resumo: Nos ultimos 20 anos, o grande interesse na construcao de dispositivos eletronicos organicos tem proporcionado um rapido avanco na obtencao de dispositivos optoeletronicos flexiveis, de baixo impacto ambiental e baixo custo, utilizando filmes de semicondutores organicos. Atualmente, diversas aplicacoes de semicondutores organicos utilizados na construcao de dispositivos podem ser citadas, tais como: diodos emissores de luz organicos, transistores de efeito de campo organicos (Organic Field Effect Transistor . OFET), celulas fotovoltaicas organicas, sensores quimicos, memorias organicas, entre outras. Neste trabalho e demonstrada a construcao de dispositivos de memoria organicos irreversiveis utilizando estrutura sanduiche baseados em compositos de esferas de carbono dispersos em uma matriz polimerica, depositados entre eletrodos metalicos. E demonstrada tambem a construcao de OFETs de baixa tensao de operacao e sua aplicacao em circuitos logicos digitais. Estes OFETs foram construidos atraves da deposicao de filmes finos polimericos a partir de solucao, buscando assim processos de baixo custo. As memorias construidas a partir de um composito de polivinil fenol e esferas de carbono nao dopadas ou dopadas com boro ou com nitrogenio apresentaram um comportamento de memoria irreversivel. Os melhores dispositivos apresentaram alta razao ION/IOFF, maiores que 107, baixas tensoes de transicao, aproximadamente 2 V, tempos de transicao menores que 1ƒÊs e tempos de consolidacao de 10 ƒÊs . Os OFETs apresentaram tensoes de operacao na faixa de 5 V. O que e um requisito para a integracao destes OFETs em aplicacoes atuais. Os melhores OFETs utilizando poli(3- hexiltiofeno) apresentaram valores de mobilidade de 0,08 } 0,01 cm2/Vs, tensao critica de - 1.1 V e razoes on/off de aproximadamente 103. Foi demonstrada a plicacao destes transistores organicos na construcao de circuitos inversores, que apresentaram caracteristicas de ganho, margem de ruido e amplitude de saida similar a outros circuitos inversores ja publicados, indicando assim que o desempenho dos OFETs obtidos e compativel ao desempenho dos melhores OFETs similares, reportados na literatura. Foi demonstrada a aplicacao na construcao de transitores de porta flutuantes, onde a utilizacao de nanoparticulas de ouro como porta flutuante levou o aparecimento de uma histerese possivelmente causada pelo armadilhamento de cargas no interior destes nanoparticulas. Demonstrando assim a possibilidade da utilizacao destes transitores na construcao de memorias organicas do tipo flash.

Abstract: Over the past 20 years, great interest in the construction of organic electronic devices has provided a rapid progress in obtaining flexible optoelectronic devices, with low cost and with low environmental impact, using organic semiconductor films. Currently, several applications of organic semiconductors used in the construction of devices can be cited, such as organic light emitting diodes, organic field effect transistor (OFET), organic photovoltaics, chemical sensors, organic memories, among others. This work demonstrated the construction of irreversible organic memory devices, using sandwich structure based on composites of carbon spheres dispersed in a polymer matrix deposited between metal electrodes. It also demonstrated the construction of low operation voltage OFETs and its application in digital logic circuits. These OFETs were constructed by depositing thin films of polymer from solution, thus seeking low-cost processes. Memories constructed from a composite of polyvinyl phenol and undoped or boron doped or nitrogen doped carbon spheres showed an irreversible memory behavior. The best devices had a high ION/IOFF ratio, greater than 107, low transition voltage, approximately 2 V, transition time less than 1 ìs and consolidation time of 10 ìs. The OFETs had operating voltages in the range of 5 V. This is a requirement for the integration of these OFETs in current applications. The best OFETs using poly(3- hexylthiophene) had mobility values of 0.08 ± 0.01 cm2/Vs, threshold voltage of -1.1 V and on/off ratio of about 103. It has been shown the application of organic transistors in the construction of inverter circuit, which showed haracteristics of gain, noise margin and output swing similar to other inverter circuits have been published, indicating that the performance of the obtained OFETs is compatible to the best similar OFETs performance eported in the literature. It was demonstrated in the application of building transistors floating gate, where the use of gold nanoparticles as the floating gate took the appearance of a hysteresis possibly caused by the trapping of charges in within these nanoparticles. Thereby demonstrating possibility of using these transistors in the construction of flash organic memory.