Influência da atmosfera e da incidência de radiação ultravioleta nas propriedades elétricas de transistores de filme fino de óxidos metálicos processados por solução.

Abstract

Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados transistores de filme fino (TFTs) de óxidos metálicos processados por solução, tendo como camada ativa filmes de óxido de zinco (ZnO), de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) e de óxido de índio e zinco (IZO). Os dispositivos foram construídos sobre substratos de silício dopado tipo p revestido com uma camada isolante de óxido de silício (Si/SiO2), em estruturas do tipo bottom-gate/top-contact, utilizando dois métodos distintos para a deposição da camada ativa: spray-pirólise e spin coating. Os transistores apresentaram excelentes propriedades elétricas, em especial os dispositivos à base de ZnO depositados via spray-pirólise. Esses dispositivos apresentaram valores de mobilidade dos portadores de carga (elétrons), superiores a 5 cm2V-1s-1 e da razão entre a corrente na acumulação e na depleção (IOn/IOff) superiores a 106, o que representa um desempenho bastante competitivo quando comparados com a literatura atual. A influência da exposição dos dispositivos ao oxigênio atmosférico nas propriedades elétricas dos transistores foi estudada através do monitoramento (pelo período de vários dias) do desempenho dos transistores quando caracterizados em atmosfera inerte (N2) ou no ar. Adicionalmente, os dispositivos apresentaram um proeminente efeito de fotoresposta persistente após a exposição à radiação ultravioleta na região do UVA em níveis de intensidade relativamente baixos (abaixo de 10-3 W.m-2), o que sugere uma potencial aplicação em sensores ou dosímetros de radiação UV.

In the present work, thin-film transistors (TFTs) based on solution-processed metal-oxides were developed and characterized, with the active layer comprising zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (AZO) and indium zinc oxide (IZO). The devices were built on p-type doped silicon substrates with a thermally grown thin-layer of silicon dioxide (Si/SiO2), in a bottom-gate/top-contact structure, using two different active layer deposition methods: spray-pyrolysis and spin coating. The transistors presented excellent electrical properties, especially the ZnObased devices deposited by spray-pyrolysis, with charge carrier mobility superior to 5 cm2V-1s -1 and ratio between the accumulation current and the depletion current (Ion/Ioff) greater than 106 , which represents a very competitive performance compared to values from the current literature. The influence of the exposure to atmospheric oxygen on the transistor electrical properties was studied by monitoring (for several days) the TFT performance when characterized in inert atmosphere (N2) or in air. Additionally, the devices presented a prominent persistent photoresponse effect after the exposure to ultraviolet radiation in the UVA range at relatively low intensities (below 10-3 Wm-2), suggesting a potential application as UV-radiation sensors or dosimeters.