Lei de Snell

1. Caracterização do Problema 

Durante as últimas décadas, os polímeros e em especial os polímeros conjugados, por apresentarem propriedades físicas e químicas altamente controláveis, têm recebido grande atenção devido às interessantes aplicações na área de eletrônicos e outras áreas afins.

A eletrônica orgânica baseia-se na utilização de dispositivos opto-eletrônicos a base de materiais orgânicos, principalmente carbono. Dentre eles se destacam os diodos emissores de luz (OLED) [1], células fotovoltaicas (OPV) [2] e transistores de efeito de campo (OFET) [3], mas a pesquisa na área envolve o desenvolvimento de vários outros dispositivos como memórias [4], baterias, sensores, substratos e condutores. Vários produtos já estão disponíveis no mercado como as telas de celulares, painéis solares e RFID tags. Dentre as estruturas baseadas em carbonos mais utilizadas em eletrônica orgânica estão os materiais poliméricos de cadeia conjugada [5]. A conjugação é caracterizada pela alternância de ligações simples e duplas entre os átomos da cadeia principal do polímero, que em sua maioria são átomos de carbono. No caso da dupla ligação, formada por uma ligação forte denominada ligação σ e outra ligação mais fraca denominada π. Esses elétrons que formam as ligações π, por serem mais fracamente ligadas aos átomos da cadeia, tendem a se deslocalizar aproveitando a regularidade unidimensional da cadeia. Este comportamento dos elétrons π é o que confere as propriedades optoeletrônicas aos polímeros conjugados semicondutores.

Polímeros oferecem características únicas em termos de versatilidade de propriedades físicas, desde propriedades elétricas, óticas e mecânicas. Além disso, a facilidade de processamento desses materiais quando comparados com os materiais utilizados na eletrônica inorgânica faz com que os polímeros se tornem bons candidatos para produção de dispositivos de baixo custo [6]. Entretanto, as mesmas características que tornam os materiais poliméricos tão atrativos do ponto de vista de processamento, criam desafios tecnológicos que devem ser resolvidos para que estes materiais possam concorrer com a tecnologia dominada pelo silício. Tanto do ponto de vista de materiais isolantes quanto do ponto de vista de materiais semicondutores existem problemas quanto às propriedades físicas optoeletrônicas que devem ser mais bem compreendidas para que seja possível uma aplicação competitiva da eletrônica orgânica.

A fabricação de dispositivos orgânicos é um grande desafio na área de Física Aplicada. Este desafio envolve o domínio de várias técnicas de processamento e caracterização de materiais na forma de filmes finos. Além disso, obter o domínio da fabricação de dispositivos permite a utilização dos mesmos para estudos de propriedades física da matéria já na sua aplicação. É de extrema importância que o Grupo de Materiais e Bionanotecnologia tenha domínio desta tecnologia para aproveitar o crescimento da área no Brasil e se destacar como um importante centro de tecnologia e ciência de dispositivos.

1. Objetivos e Metas 

2.1 Objetivos:

Este projeto visa a produção de máscaras, produção de filmes finos de materiais isolantes e produção de filmes finos de materiais semicondutores. Mais especificamente, pretende-se usar polímeros e moléculas pequenas, semicondutores e isolantes, e nanopartículas metálicas para a confecção de dispositivos multicamadas de filmes finos e ultrafinos. Dentre os polímeros semicondutores, utilizaremos o rr-P3HT, MEH-PPV e o PFeBT. Estes polímeros serão utilizados como semicondutores do tipo p. Outro semicondutor que será utilizado é o PCBM, uma molécula orgânica pequena frequentemente utilizada como aceitador de elétrons e semicondutor do tipo n. A camada isolante do transistor será produzida utilizando materiais como PMMA, PVA, PS e PVDF.

Durante o desenvolvimento do trabalho, os bolsistas participaram de todo o processo de montagem de uma estrutura de processamento e caracterização de transistores de efeito de campo e por fim das memórias. Isto inclui criação de máscaras de evaporação, sistemas de contatos para medidas elétricas e desenvolvimento de softwares de aquisição de dados automatizados.

Por fim, serão necessários estudos teóricos para ajustes dos parâmetros de funcionamento dos dispositivos e para extração de parâmetros relacionados com propriedades físicas dos materiais envolvidos. Isto inclui modelos fenomenológicos de condução e acumulo de cargas no dispositivo.

2.2 Metas:

As metas do projeto seguem na lista abaixo:

• Desenho e aquisição de máscaras para transistores de efeito de campo;
• Desenho e aquisição dos porta amostras de evaporação e medidas elétrica;
• Desenvolvimento de softwares de aquisição de dados para automatização do processo de caracterização elétrica;
• Fabricação de estruturas do tipo metal / isolante / semicondutor para estudo de propriedades de acumulação e depleção de cargas;
• Fabricação de transistores de efeito de campo orgânicos para estudo de propriedades

de transporte no semicondutor;

• Análise dos resultados utilizando modelos de transporte de cargas em transistores

1. Metodologia e Estratégia de Ação

        A produção dos filmes será feita usando técnicas de deposição de materiais via solução para a obtenção de filmes finos (espessura máxima de 1 µm) e ultrafinos (espessura mínima de cerca de 20 nm). As soluções poliméricas são obtidas pela dissolução de polímeros, adquiridos comercialmente ou produzidos via síntese química, em solventes orgânicos e água. A escolha do solvente é feita com base no grau de solubilidade e nas características finais desejada do filme produzido. No caso de dispositivos multicamadas, deve-se dar atenção à ortogonalidade dos solventes para que camadas sucessivas não dissolvam as anteriores.

Utilizaremos principalmente a técnica de deposição de solução via spincasting, onde certa quantidade de solução é depositada sobre um substrato na orientação horizontal que é posto a girar com velocidade controlada. Esta técnica é bastante utilizada por produzir filmes homogêneos de maneira rápida e sem a necessidade de sistemas de alto vácuo e alta temperatura. A espessura dos filmes pode ser controlada pela escolha de solventes, concentração da solução e velocidade de rotação do substrato. Após a preparação dos filmes, um tratamento térmico faz-se necessário para induzir a remoção de solvente residual e para melhorar as propriedades mecânicas dos filmes. Outras técnicas de deposição podem ser usadas se necessário. Dentre elas podemos citar a casting, layer by layer e filmes de Langmuir.