Estudo da estabilidade de um EGOFET baseado em DNTT como canal semicondutor e mel como eletrólito

Abstract

Resumo: Uma das vantagens do uso de semicondutores orgânicos (SOs) é o custo reduzido em relação aos inorgânicos, que podem ser aplicados em dispositivos biocompatíveis, cujas pesquisas permitiram o desenvolvimento de dispositivos capazes de diagnosticarem doenças no local onde o paciente está. No entanto, algumas características dos SOs necessitam de aperfeiçoamento, como a estabilidade e a degradação ao longo do tempo. Neste trabalho, foi estudado o comportamento do transistor baseado na molécula orgânica dinaphtho[2,3-b:2',3'- f]thieno[3,2-b]thiophene (DNTT) e na estrutura Au/DNTT(Mel)/Au, ao longo de cinco semanas, através de medidas de caracterização elétricas (I × V, transferência e saída) e dos parâmetros razão On/Off, limiar de operação, transcondutância e produto da mobilidade efetiva pela capacitância. Os eletrodos fonte e dreno, ambos de ouro, foram depositados por litografia, sobre um substrato rígido de vidro, e sobre ele foi depositado a molécula orgânica conjugada DNTT através de evaporação térmica a vácuo, na espessura de 100 nm. Sobre o DNTT foi depositado uma gota de mel de 5 µL através da técnica de gotejamento e o eletrodo de porta utilizado foi um fio de platina, que perfurou a gota de mel. Das medidas de caracterização, concluiu-se que o transistor é um transistor de efeito de campo com porta eletrolítica (EGOFETs, do inglês electrolyte-gated field effect transistor), porque não apresentou dopagem no canal, logo a interação entre o mel e o DNTT ocorreu de maneira superficial, sem a penetração efetiva dos íons presente no mel no DNTT. A razão On/Off é estável ao longo dos ciclos de medidas, mas diminui com o passar das semanas, e a tensão do limiar de operação, o produto da mobilidade pela capacitância e a transcondutância não apresentaram variação expressiva, permanecendo estável durante as medidas e as semanas.

Abstract: One of the advantages of using organic semiconductors (SOs) is the reduced cost compared to inorganic ones, which can be applied in biocompatible devices, whose research has allowed the development of devices capable of diagnosing diseases where the patient is. However, some characteristics of OSs require improvement, such as stability and degradation over time. In this work, the behavior of the transistor based on the organic molecule dinaphtho[2,3-b:2',3'- f]thieno[3,2-b]thiophene (DNTT) and the Au/DNTT(Honey) structure was studied. /Au, over five weeks, through electrical characterization measurements (I × V, transfer and output) and the parameters On/Off ratio, operating threshold, transconductance and product of effective mobility by capacitance. The source and drain electrodes, both made of gold, were deposited by lithography, on a rigid glass substrate, and the conjugated organic molecule DNTT was deposited on it through vacuum thermal evaporation, at a thickness of 100 nm. A 5 µL drop of honey was deposited on the DNTT using the dripping technique and the gate electrode used was a platinum wire, which pierced the honey drop. From the characterization measurements, it was concluded that the transistor is an electrolyte-gated field effect transistor (EGOFETs), because there was no doping in the channel, therefore the interaction between the honey and the DNTT occurred superficially, without effective penetration of the ions present in the honey into the DNTT. The On/Off ratio is stable throughout the measurement cycles, but decreases over the weeks, and the operating threshold voltage, the product of mobility by capacitance and transconductance did not show significant variation, remaining stable during measurements and the weeks.