Fabricação e caracterização elétrica de filmes mistos de politiofeno: espectroscopia de impedância - Citolino, Lucas Vinicius de Lima [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2017)
O diodo Schottky orgânico permite o estudo da camada ativa e de efeitos de interfaces dos contatos elétricos, além da aplicação em estudos mais avançados, como por exemplo, em células solares, transistores e diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Nestes dispositivos, dentre os parâmetros chave no funcionamento dos dispositivos destaca-se os tipos de eletrodos, a morfologia e a organização da camada ativa no estado sólido. Os politiofenos por apresentarem fácil processabilidade e notáveis propriedades do estado sólido, como aumento de condutividade elétrica, possuem grande utilização como camada ativa na forma de filmes finos. Assim a técnica de Langmuir-Schaefer (LS) se destaca, pois proporciona maior organização a nível molecular e controle na espessura e uniformidade nos filmes finos de politiofeno. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi fabricar filmes LS de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) acrescido com ácido esteárico (SA), visando uma aplicação como camada ativa em diodos Schottky orgânicos para um estudo tanto das propriedades elétricas da camada ativa quanto das diferentes interfaces através das caracterizações elétricas. Para fabricação dos filmes finos e estudos das isotermas de pressão superficial (π-A) foi utilizada uma cuba de Langmuir KSV 5000. Os eletrodos inferiores (ITO, alumínio e ouro) e superiores (alumínio e ouro) foram obtidos por evaporação térmica a vácuo. As medidas de absorção, crescimento dos filmes e morfologia foram realizadas através da espectroscopia de absorção óptica UV-visível e microscopia de força atômica, respectivamente. As caracterizações elétricas foram realizadas através de medidas de corrente continua (dc) utilizando uma fonte Keithley modelo 238 e as medidas de corrente alternada (ac) foram realizadas através do analisador de impedâncias Solartron 1260A. As isotermas π-A mostraram um forte indício de que o polímero se localiza em cima de uma camada de filme de SA na interface ar-água, tornando o filme fino mais flexível. As propriedades de absorção mostraram que o SA favorece a formação de filmes finos mais organizados e com crescimento linear na deposição nos substratos. Nas medidas dc, os diodos Schottky com camadas ativas sendo os filmes de P3HT-SA apresentaram maior valores de corrente elétrica, devido o SA melhorar a organização dos filmes, assim favorecendo o transporte de portadores de carga pela camada ativa. Através das medidas ac, conclui-se que o SA além de melhorar a organização dos filmes finos, também melhora a interface entre o filme de P3HT-SA e o Al, favorecendo assim a injeção de elétrons do Al no P3HT.

The organic Schottky diode allows the study of the active layer and effects at interfaces of electric contacts, besides the application in advanced studies, such as solar cells, transistors and organic light emitting diodes (OLEDs). In these devices, among the key parameters of the operation of the devices, stand out the electrode types, the morphology and the active layer organization in the solid state. The polythiophenes have wide use as active layer of organic devices in the form of thin films because of their easy processability and remarkable properties in solid state, such as increased electrical conductivity. The Langmuir-Schaefer (LS) technique is highlighted because it provides molecular organization and control in the thickness and uniformity in the fabrication of polythiophene thin films. In this context, the aim of this work was to fabricate LS films of poly (3-hexylthiophene) (P3HT) mixed with stearic acid (SA), to apply as an active layer in organic Schottky diodes in order to study the electrical properties of active layers and different interfaces through electrical characterization. A Langmuir trough KSV 5000 was used to fabricate the thin films (active layers) and to realize studies of pressure isotherms (π-A). By physical vapor deposition the bottom electrodes (ITO, aluminum and gold) and top electrodes (aluminum and gold) were obtained. Measurements of absorption, growth and morphology of thin films were performed using Ultraviolet-visible spectroscopy and atomic force microscopy, respectively. Electrical characterizations were carried out using direct current (dc) measurements employing a Keithley 238 and the alternating current (ac) measurements were performed employing a Solartron 1260A impedance analyzer. The π-A isotherms showed a strong indication that the polymer is located above the SA layer at air-water interface, making the thin film more flexible. The absorption properties showed that the SA favors the formation of thin films more organized and with linear growth in the deposition onto substrates. In the dc measurements, the Schottky diodes with active layers being the P3HT-SA films presented higher values of current, due to the SA to improve the organization in the thin films, thus favoring the transport of charge carriers inside of active layer. Through ac measurements, it is concluded that the SA besides improving the organization of thin films, also improves the interface between P3HT-SA film and Al, thus favoring the injection of electrons in P3HT by Al electrode.
Fabrication and electrical characterization of mixed polythiophene films: impedance spectroscopy
Keywords: Filmes finos; Langmuir-Schaefer; Diodos Schottky orgânicos; Espectroscopia de impedância; Thin films; Langmuir-Schaefer technique; Organic Schottky diodes; Impedance spectroscopy