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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Chiacchio, Rogério Siqueira
Título: Montagem e Caracterização de um Dispositivo Eletrônico usando Polímero Condutor
Ano: 2004
Orientador: Prof. Dr. Marco-Aurelio De Paoli
Coorientador: Prof. Dr. David Mendez Soares
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: Dispositivo eletrônico; OFET; Transistor; Polianilina
Resumo: Neste trabalho aperfeiçoou-se métodos para deposição de filmes finos de polímeros isolantes, como o poliestireno (PS), poli(metacrilato de metila) (PMMA), policloreto de vinila (PVC) e resina epóxi. No caso do PS, foram depositados filmes a partir de soluções feitas com o polímero virgem, purificado por coagulação e por extração líquido-líquido. Foram desenvolvidos métodos para deposição de filmes de ouro separados por canais distantes entre 1 a 50 mm e filmes finos de polímeros semicondutores de polianilina (PAni), poli(orto-metoxi anilina) (POAni) e poli(3,4-etilenodioxitiofeno) dopado com poli(4-sulfonato de estireno) (PEDOT/PSS). Os filmes poliméricos isolantes foram depositados por "spin coating", "dip coating" e "casting". Os filmes de polímeros condutores foram depositados pela técnica de "spin coating". A velocidade, aceleração, tempo de rotação na velocidade máxima, tipo de solvente e concentração das soluções poliméricas isolantes foram condições estudadas no processo de "spin coating". A concentração da solução de PS em tetrahidrofurano foi estudada na deposição por "casting" e "dip coating". Estes filmes foram depositados sobre substratos constituídos, inicialmente, por um cristal de quartzo de uma Microbalança, para, em experimentos posteriores, serem depositados sobre uma placa de latão polido, películas de poli(tereftalato de etileno) recoberta por um filme condutor de índio dopado com óxido de estanho (ITO/PET) e somente PET. Desta forma, foram construídos dispositivos completos com as seguintes configurações: substrato, filme condutor, filme isolante, eletrodos de ouro e polímero semicondutor; substrato, filme condutor, isolante, polímero semicondutor e eletros de ouro; como também, dispositivos incompletos segundo a primeira configuração, mas sem o polímero semicondutor. Por fim, dispositivos foram construídos como sanduíches dos filmes isolantes entre eletrodos bloqueantes de aço inox polido. Os dispositivos completos montados conforme a primeira configuração foram caracterizados por microscopia óptica e de eletrônica de varredura. Dispositivos montados conforme a primeira e segunda configuração, e os incompletos, foram caracterizados eletricamente pelos métodos comumente utilizados para caracterização de transistores de efeito de campo inorgânicos e também pelos métodos utilizados nos orgânicos. Os “sanduíches” foram caracterizados por cronoamperometria de pulso e contraposta e, espectroscopia de impedância eletroquímica. Realizou-se também a caracterização por microscopia de força atômica de filmes de PAni depositados sobre vidro por "spin coating". Os dispositivos com PAni apresentaram curvas típicas de junção não-ôhmica. Sua condutividade sofreu o efeito do campo elétrico quando este era superior a 3 MV/m. A junção Au-PEDOT/PSS também apresentou comportamento não-ôhmico, e os dispositivos feitos com este material não tiveram sua condutividade afetada pelo campo elétrico nas condições experimentadas. Dispositivos com PoAni, pouco testados, não foram sensíveis ao campo elétrico e apresentaram comportamento de junção ôhmica. Dentre os filmes isolantes, o PS, que possui valores tabelados de resistividade e constante dielétrica mais adequados para uso como filme isolante, apresentou pior qualidade dielétrica se comparado ao PMMA e ao PVC, sendo o PMMA o melhor dielétrico testado, pois apresentou a menor condutividade de cargas. Os PS purificados apresentaram uma queda no transporte de cargas considerável, mas sendo ainda menos resistivos que o PVC e o PMMA. Por fim, a resina epóxi foi o pior isolante testado.
Abstract: In this study was improved methods for deposition of thin films of insulating polymers, such as polystyrene (PS), poly(methylmetacrylate) (PMMA), poly(vinylchloride) (PVC) and epoxy resin. In the case of PS were deposited films from solutions of virgin polymer, purified by coagulation and from solution purified for liquid-liquid extraction. The methods used were developed for the deposition of separate metallic electrodes, distant channels between 1 to 50 mm, and thin films of conductive polyaniline (PAni), poly(o-methoxi aniline) (PoAni) and poly(3,4-ethylenedioxithiophene) doped with poly(4-styreneosulfonate) (PEDOT/PSS). The polymeric films were deposited by spin coating, dip coating and casting, and the conductor polymers films by spin coating methods. The speed, acceleration, time of permanence at maximum speed, solvent and the concentration of the polymeric solutions were studied in spin coating process to observe their influence on the thickness and superficial homogeneity of the films. For PS was studied the concentration of solution on the preparation of film by casting and dip coating. These films were initially deposited on a substrate of a quartz crystal of a QCM (Quartz Crystal Microbalance), and after were deposited on others substrates such as polished brass, poly(ethylene therephthalate) (PET) film, with and without stain oxide as conductor film. In this way were building complete devices with following configurations: (i) substrate, conductor film, insulated film, gold electrodes and conductor polymer film; (ii) substrate, conductor film, insulated film, conductor polymeric film and gold electrodes; and (iii) incomplete devices building without conductor polymeric films. Also, others devices were building as “sandwiches” of the insulating films among steel blocked electrodes. The devices were characterized by optical and electronic microscopy, usual methods of characterization of inorganic and organic transistors, chronoamperometry, and impedance spectroscopy electrochemical. The PAni films deposited on glass were characterized by atomic force microscopy. The device with PAni presented a behavior of non-ohmic junction with gold. Nevertheless, we observed that the conductivity of PAni suffered field effect when this was superior to 3 MV/m. Also, the Au-PEDOT/PSS presented a non-ohmic behavior, but wasn’t affected by the electric field in the studied conditions. Devices with PoAni, less studied, weren’t affected by the electric field and presented ohmic behavior. Among the insulating polymers studied, the PS, that present values of resistivity and dielectric constant more appropriate for its use as insulating film, presented worse dielectric properties than PMMA and PVC. The PMMA was the best dielectric tested due to that it present the less charge transport. The PS purified by coagulation and liquid-liquid extraction presented a fall in the charge transport, but yet presented a lower resistivity than PVC and PMMA. In addition, the epoxi resin presented the worst isolating characteristic.
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