Simulação das características elétricas transitórias de transistores eletroquímicos orgânicos: implementação de um modelo de deriva-difusão
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Data
Autores
Orientador
Günther, Florian Steffen 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Rio Claro - IGCE - Física
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A eletrônica orgânica é um campo da ciência de alta relevância que busca alternativas e inovações sustentáveis. Dentro dela, um dos dispositivos em destaque é o transistor eletroquímico orgânico (OECT). Uma de suas características mais importantes é a de permitir a dopagem ou de-dopagem de um semicondutor através de um reservatório de íons, conhecido como eletrólito, e um eletrodo, chamado porta, que controla a quantidade de íons que entram e saem do OECT. Essa peculiaridade trouxe bastante atenção sobre esses dispositivos, rendendo diversos estudos e aplicações diferentes. No entanto, a base de estudos a cerca de OECTs é predominantemente experimental e, principalmente, em regimes estacionários, onde a concentração de íons ao longo do dispositivo é independente do tempo, evidenciando uma escassez de estudo teórico, especialmente sobre regime transitório, onde a concentração de íons varia com o tempo. Essa falta de foco pode ser explicada devido à ausência de uma solução analítica que descreva esse regime. Adicionalmente, nem todos os estudos teóricos desenvolvidos buscam incluir as características intrínsecas dos materiais em seus modelos. Com o propósito de corrigir esse problema, diversos estudos foram estabelecidos a fim de descrever o movimento iônico através de um processo por deriva, devido ao campo elétrico gerado no eletrodo de porta, e difusão. Este trabalho tem como foco propor uma solução numérica que possa descrever com precisão o regime transitório de um OECT. Para isso o estudo avalia dois modelos teóricos bem estabelecidos, Bernards-Malliaras (BM) e Coppedè-Villani-Gentile (CVG), e um modelo mais recente, Unigarro-Günther (UG), que buscou corrigir as inconsistências físicas presentes nos outros dois modelos, porém que se limita ao regime estacionário. A partir de elementos trazidos por esses modelos e uma análise estatística como solução da equação de Nernst-Planck. Esta monografia apresenta dados de regime transitório, no qual o sistema é simulado tempo o suficiente para que possa ser considerado estacionário, e os compara com a solução analítica proposta pelo modelo UG, para diferentes propriedades dos materiais. Embora existam espaços para melhoria, esta pesquisa alcançou um grau de precisão decente em seus resultados, fornecendo uma pequena contribuição para o estudo de corrente transitória em OECTs.
Resumo (inglês)
Organic electronics is a highly relevant scientific field that seeks sustainable alternatives and innovations. Among its main devices, one of the most prominent is the organic electrochemical transistor (OECT). One of its most important features is the ability to dope or de-dope a semiconductor through an ion reservoir, known as the electrolyte, and an electrode, called the gate, which controls the number of ions entering and leaving the OECT. This distinctive property has drawn considerable attention to these devices, leading to numerous studies and diverse applications. However, the body of research on OECTs is predominantly experimental and mainly focused on steady-state regimes, where the ion concentration along the device is time-independent, revealing a scarcity of theoretical studies, particularly regarding the transient regime, in which the ion concentration varies over time. This lack of focus can be explained by the absence of an analytical solution that properly describes this regime. Additionally, not all theoretical studies developed so far include the intrinsic characteristics of the materials in their models. To address this issue, several works have been conducted to describe ionic motion through drift, caused by the electric field generated at the gate electrode, and diffusion processes. The present work aims to propose a numerical solution capable of accurately describing the transient regime of an OECT. To achieve this, the study evaluates two well-established theoretical models, Bernards-Malliaras (BM) and Coppedè-Villani-Gentile (CVG), as well as a more recent model, Unigarro-Günther (UG), which sought to correct the physical inconsistencies present in the previous two but remains limited to steady-state conditions. Building upon the elements introduced by these models and employing a statistical analysis as a solution to the Nernst–Planck equation, this term paper presents transient regime data, where the system is simulated for a sufficient period to reach steady-state conditions, and compares the results with the analytical solution proposed by the UG model for different material properties. Although there is still room for improvement, this research achieved a reasonable level of accuracy in its results, providing a modest yet meaningful contribution to the study of transient current behavior in OECTs.
Descrição
Palavras-chave
OECT, Diferenças finitas, Regime transitório, Transient regime, Transient regime
Idioma
Português
