Transitores orgânicos de P3HT utilizando nanocelulo líquido iônico ([EMIM][TFSI])

Abstract

Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal preparar e estudar um transistor com porta eletrolítica, com foco na exploração do líquido iônico [EMIM][TFSI] ancorado na nanocelulose, sendo esta camada o dielétrico eletrolítico do dispositivo. Os transistores, utilizando o polímero sem icondutor poli(3-hexiltiofeno) regioregular (P3HT), foram preparados em arquitetura planar na estrutura ITO/P3HT/(Nanocelulose-[EMIM][TFSI])/Au. A utilização da nanocelulose (MFC) de eucalipto tem a função de compor o material dielétrico do transistor, que ao absorver o líquido iônico, transforma este dielétrico numa camada dielétrica eletrolítica. São apresentados gráficos de medidas I-V , curvas de transferência e curvas características para os dispositivos transistores. Os parâmetros figura de mérito jC , tensão de limiar Vt, razão U lo tf e transcondutância gm foram determinados para 1 0 dispositivos. O transistor foi caracterizado em dois modos de operação, no modo EGOFET (Electrolyte-G ated Organic Field Effect Transistor) e no modo OECT (Organic Electrochem ical Transistor). As medidas das curvas de transferência do transistor ITO/P3HT/(Nanocelulose-[EMIM][TFSI])/Au apresentam variação nos valores de Ids para diferentes tempos de leitura da medida no modo de funcionam ento OECT. É identificado que no modo OECT do transistor preparado, os três ciclos da medida da curva de transferência não apresentam boa estabilidade, contudo a aplicação de um potencial elétrico maior que Vgs, max ~ + 1 , 0 V faz com que estes ciclos se tornem mais estáveis. Adicionalmente, pela variação de Vgs, max, foi verificada a variação da largura da histerese IDs,hl e o deslocamento da posição dos mínimos de |Igs|. Então, foi verificado que os valores da largura da histerese para os três ciclos da medida tendem para valores muito próximos quando Vgs, max > +1,5 V. A posição dos valores mínimos de |Igs| alcançam a estabilidade para valores de Vgs ~ +1,1 V. Ambos, a variação da largura da histerese e o deslocamento da posição dos valores mínimos de |Igs| com valores de Vgs, max diferentes, podem estar relacionados ao efeito de deslocamento dos íons para o canal sem icondutor no modo de funcionam ento OECT do transistor. Os tempos característicos foram determinados a partir da análise do transiente de corrente para medidas usando Vds constante e Vgs com pulsos em um dispositivo transistor.

Abstract: The main objective of this w ork was to prepare and study electrolyte-gated transistor devices, focusing on the exploration of the ionic liquid [EMIM][TFSI] anchored in the nanocellulose, this layer being the electrolyte dielectric of the device. The transistors, using the regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) semiconductor polymer, were prepared in planar architecture in the ITO/P3HT/(Nanocellulose- [EMIM][TFSI])/Au structure. The use of the eucalyptus nanocellulose (MFC) has the function of composing the dielectric material of the transistor, which, when absorbing the ionic liquid, transforms this dielectric into an electrolytic dielectric layer. For the transistor devices, it is presented graphs of the I-V, transference curve, and characteristic curve. The parameters figure of merit jC , threshold voltage Vt, U lon ratio, and transconductance gm were determined for 10 devices. The transistor was characterized in two modes of operation, in the EGOFET (Electrolyte-G ated Organic Field Effect Transistor) mode and in the OECT (Organic Electrochem ical Transistor) mode. The transference curve measurements of the ITO/P3HT/(Nanocellulose- [EMIM][TFSI])/Au show variation in the values of the Ids for different measurement reading times in the OECT mode. It is identified that in the OECT mode, the three cycles of the transference curve measurement do not show good stability, however by applying an electric potential higher than Vgs, max ~ + 1 . 0 V makes these cycles more stable. Additionally, by the variation of the Vgs, max it was verified the variation of the hysteresis width |ldsM and the displacement of the position of the minimum values of |Igs|. Then it was verified that the values of the hysteresis width for the three measurement cycles tend to be very close when Vgs, max > +1.5 V. The position of the minimum values of |Igs| reach stability for values of Vgs ~ +1.1 V. Both, the variation of the hysteresis width and the displacement of the position of the minimum values of 11gs| with different values of Vgs, max, might be related to the effect of ions displacement into the sem iconductor channel in the OECT mode of the transistor. The characteristic times were determined from the analysis of the transient current for measurements using constant Vds and pulsed Vgs in a transistor device.