Investigação da morfologia e das características das interfaces entre metais e polimeros

Abstract

Resumo: Neste trabalho utilizam-se medidas de transporte de carga e microscopia eletrônica de transmissão para investigar interfaces entre polímeros e metais. São investigados o poli- (p-fenileno vinileno) (PPV) e o poli-(4,7-benzotiofeno vinileno) (PBTV) com interfaces com alumínio e ouro para o PPV e alumínio e estanho para o PBTV. Utilizando-se ajustes numéricos em curvas de ln(I/V2) x J/V, obtidas de medidas de corrente por tensão, consegue-se calcular a eletroafinidade dos polímeros por dois métodos distintos. Estes ajustes confirmaram o valor ja conhecido do modulo da eletroafinidade do PPV igual a 3.9 eV e determinaram o modulo da eletroafinidade do PBTV igual a -4,1 eV. Através da microscopia eletrônica de transmissão em secção de corte investigam-se as mesmas interfaces utilizadas para medidas de transporte de carga. Relacionam-se, quando possível, os efeitos encontrados nas medidas com as características morfológicas da interface. Através desta investigação determinou-se que a variação da espessura a grandes distancias provoca o aparecimento de curtos-circuitos em dispositivos com PPV e alumínio; Esta mesma variação de espessura combinada com a difusão e posterior precipitação de ouro provoca o mesmo efeito em dispositivos com PPV e ouro (o mesmo acontece para dispositivos com PBTV, alumínio e estanho). Determina-se ainda que a interface de PPV com alumínio e estável com boa aderência e sem interdifusão detectável. Determina-se também que a interface de PPV com ouro apresenta difusão e baixa aderência. Determina-se ainda que a interface de PBTV com alumínio e estanho não tem boa aderência com a existência de difusão de metal para dentro do polímero. Verifica-se que o PBTV pode ser utilizado como camada intermediaria entre um eletrodo de alumínio e o PPV. Verifica-se que a técnica de deposição dos polímeros utilizada para construção dos dispositivos e a responsável pela grande variação na espessura a grandes distancias e indica-se uma outra técnica a ser utilizada em trabalhos futuros.

Abstract: In this work electrical measurements and transmission electron microscopy are used to investigate polymers/metals interfaces. The poly(p-phenylenevinylene) (PPV) and the poly(4,7-benzothiofenevinylene) (PBTV) are investigated (aluminum and gold interfaces for PPV and aluminum and tin interfaces for the PBTV). The electron affinity of the polymers is calculated using numerical fits in curves of ln(I/V2) * 1/V, obtained by current by voltage measurements, through two different ways. This fits confirm the electron affinity of PPV to be 3.9 eV and determinate the electron affinity of PBTV to be -4.1 eV. The same interfaces used for the electrical measurements are investigated by cross sectional transmission electron microscopy. The interface morphological characteristics are correlated with the behavior observed in electrical measurements. Through this investigation the short circuits are associated to the long range thickness variations in devices with PPV and aluminum. This thickness variation combined with diffusion and subsequent precipitation of gold is the reason for the short circuit in devices with this metal and PPV. The same happens to the PBTV/tin and PBTV/aluminum devices. It is found that aluminum/PPV interface is stable with good adhesion and free of inter-diffusion, and that in PPV/gold interface diffusion exists, as well has a bad adhesion. Similarly, in the PBTV/aluminum or PBTV/tin interfaces diffusion occurs and bad adhesion is also observed. The PBTV is found to be a potential candidate to operate as intermediate layer between an aluminum electrode and a PPV layer in a light emitting device. The long range thickness variation is attributed to the thin polymer film production process and alternatives are suggested to avoid this problem.