Cette thèse porte sur l'étude d'un diélectrique de type ferroélectrique pour une application aux transistors organiques. La configuration adoptée est de type bottom-gate top- contact. Le matériau semi-conducteur utilisé est un transporteur d'électrons. Dans la première partie de ce projet, nous avons réalisé des transistors organiques à effet de champ (OFETs) avec une couche de PMMA comme diélectrique de grille. Ce matériau, très étudié et connu, permet d'avoir un composant servant de référence. Nous avons également mené une étude sur la longueur de canal, la vitesse de dépôt du semi-conducteur organique et l'épaisseur du diélectrique, en vue d'en déduire l'influence de ces grandeurs sur les performances électriques des OFETs. Après l'optimisation de ces paramètres, nous avons démontré une amélioration de la mobilité des porteurs, une augmentation du rapport Ion/Ioff, une amélioration de la capacité et une diminution des tensions d'alimentation et de seuil. Ces résultats ont été interprétés à l'aide de caractérisations électriques. Dans un second temps, le diélectrique ferroélectrique poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) a été ajouté au composant, afin de réaliser un diélectrique hybride avec le PMMA. Ce dernier permet de combiner les avantages de la haute permittivité relative du P(VDF-TrFE), et de la faible rugosité du film de PMMA en contact avec le semiconducteur. Une étude comparative a été effectuée avec les transistors de référence. Il en ressort, pour une épaisseur identique de diélectrique, une diminution des tensions d'alimentation et de seuil, et une amélioration de la mobilité des charges avec l'OFET implémentant le matériau ferroélectrique. La discussion de ces résultats est appuyée par des caractérisations électriques et morphologiques. / This thesis deals with the study of a ferroelectric material as gate dielectric for organic transistor applications. The configuration adopted is bottom-gate top-contact. The semiconductor used is an electron transport material. In a first part, we made organic field effect transistors (OFETs) with a layer of PMMA as a gate dielectric. This material, very studied and well known, serves as reference. We also carried out a study on the channel length, the organic semiconductor deposition rate and the dielectric thickness, in order to deduce the impact of these parameters on OFETs performances. After optimization, we have demonstrated an improvement of the mobility, on/off current ratio, capacitance and a reduction of supply and threshold voltages. These results have been interpreted using electrical characterizations. In a second step, the poly (vinylidenefluoride-co- trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) ferroelectric material was added to provide a hybrid dielectric with PMMA. This OFET combine the advantages of high permittivity of P(VDF-TrFE) and low roughness of PMMA. A comparative study was carried out with reference transistors. For same dielectric thickness, a reduction of the supply and threshold voltages and an improvement of the mobility is obtained for the OFET implementing ferroelectric material. The discussion of these results is supported by electrical and morphological characterizations.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung von Sensoren in einer neuen, großserienfähigen Technologie. Mit dem Mehrkomponentenmikrospritzgießverfahren werden mechanische Sensorstrukturen aus (faserverstärktem) Kunststoff an polymere piezoelektrische Wandler angebunden. Die hergestellten Aufnehmer können über die Weiterverarbeitung mit Hybridtechnologien für die Strukturintegration eingesetzt werden. Diese Dissertation stellt Entwurfsmethoden und Modelle zur Vorausberechnung der neuartigen Sensoren bereit, die zur Qualifizierung der neuen Technologie benötigt werden. Dazu werden bekannte Modellierungsansätze angewandt und wesentliche Erweiterungen für die praktische Nutzung erarbeitet. Entwurfsrelevante technologieabhängige Kenngrößen, wie die elastischen Eigenschaften der verarbeiteten Werkstoffe und die geometrischen Dimensionen der hergestellten Sensorstrukturen werden untersucht und deren Einfluss auf den Entwurfsprozessdargelegt. Die hergestellten Sensoren werden in ihrer Grundfunktion messtechnisch charakterisiert und die System- und Strukturintegration vorgestellt. / The presented work describes the development of sensors in a novel technology approach feasible for large-scale production. By using the multicomponent microinjection molding process, mechanical sensor structures out of (fiber-reinforced) polymers are joined with piezoelectric polymer transducers. The fabricated sensors can be processed further with hybrid manufacturing technologies and adapted for structure integration. This thesis introduces design methods and models for the preliminary calculation of the novel sensors, which are required for a technology qualification. Therefore, existing modelling approaches adapted and essentially extended for practical use. Design relevant parameters related to the technology like the elastic properties of the applied materials or the geometric dimensions of the manufactured sensor structures are characterized and the system and structure integration of the sensors is presented.

Les recherches que nous présentons dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre du développement de nouvelles structures et de l'étude de matériaux accordables en vue d'une intégration industrielle comme radôme actif.Plus particulièrement, ils consistent en la réalisation d'un dispositif micro-onde permettant à la fois un filtrage et une agilité fréquentiels en espace libre. Des structures basées sur des surfaces sélectives en fréquences, pour l'aspect filtrage, et sur des matériaux de type ferroélectrique, pour l'aspect accordabilité, sont développées. Des modélisations et des simulations électromagnétiques montrent que le changement de permittivité du matériau, obtenu par application d'un champ électrique externe, permet le pilotage fréquentiel de la transmission de la structure. Une mise en oeuvre expérimentale complète ces travaux, au cours de laquelle des prototypes ont été fabriqués par des techniques de photolithographie, puis caractérisés en espace libre grâce à un banc ABmm. Les mesures micro-ondes valident ainsi les résultats de simulations menées en amont et montrent les possibilités de contrôler la fréquence de transmission du radôme. / The research we present in this memory registers within the framework to develop new structures and to study tunable materials for an industrial integration as an active radome. Specifically, they consist of achieving a free space microwave device for both a filtering behaviour and a frequency agility behaviour. Structures based on frequency selective surfaces, for the filtering aspect, and on ferroelectric materials for the tuning aspect, are developed. Modeling and simulations show that the change of the material permittivity, obtained by applying an external electric field, enable piloting the transmission frequency of the structure. An experimental implementation complete this work and prototypes have been fabricated by photolithography techniques and then characterized in free space with a bench ABmm. Thus, microwave measurements validate the results of simulations and show the possibility to control the frequency transmission of the radome.

Filmes de poli(fluoreto de vinilideno-co-trifluoretileno), P(VDF-IrFE), com uma razão molar 70/30 de VDF e IrFE, respectivamente, foram expostos à radiação-X sob vácuo em uma ampla faixa de doses de irradiação. Este é um copolímero estatístico e semi-cristalino que possui a especial característica de cristalizar espontaneamente numa estrutura ferroelétrica. Ele também possui uma transição de fase ferro-paraelétrica detectável, definida como a temperatura de Curie (Tc). Devido a estas características tem despertado considerável interesse, em especial na área da eletrônica como elemento transdutor. As modificações induzidas foram investigadas por espectroscopia fotoacústica no infravermelho (FT-IR/PAS), assim como FI-IR por transmitância, calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (IG), difração de raios-X, UV/Visível e espectroscopia Raman. As técnicas espectroscópicas vibracionais (fotoacústica no IR, Raman e absorção no IR) foram utilizadas na identificação de bandas relacionadas às regiões cristalinas e amorfas, formação e rompimento de ligações e presença de novos grupos funcionais. Nos espectros IR e Raman são observadas duas bandas que estão relacionadas às regiões cristalinas e sofrem mudanças nas suas intensidades relativas de acordo com a dose de radiação. Essas mudanças podem ser interpretadas como aumento ou diminuição do grau de cristalinidade, e também em termos de modificações de arranjos cristalinos. A difração de raio-X mostrou o aparecimento de um pico, próximo àquele da fase ferroelétrica, sob aumento da dose de radiação, devido a um processo de modificação do arranjo cristalino acima da dose de 480 kGy. Foi observado um aumento de intensidade no referido pico de difração, correspondendo a um aumento do grau de cristalinidade da amostra. As curvas de DSC mostraram picos endotérmicos correspondentes a fusão e transições de fases que, através de suas variações, possibilitam avaliar os efeitos da irradiação com raios-X. Os espectros UV/Visível mostraram absorções dos cromóforos cujas intensidades de banda aumentam com a dose de radiação e diminuem durante o envelhecimento da amostra. Os dados indicam que a radiação-X induz uma modificação no arranjo cristalino do P(VDF-TrFE). Tal modificação, é provavelmente uma mudança de estrutura ferroelétrica para outra, paraelétrica. / Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) films, P(VDF-TrFE), with a molar ratio 70/30 of VDF and TrFE units, respectively, were exposed to X-ray radiation under vacuum in a wide range of irradiation doses. This is a statistic semi-crystalline copolymer and displays the unique feature of a spontaneous crystallization into a ferroelectric structure. It also possesses a detectable ferro-paraelectric transition, the Curie temperature (Tc). Due to these characteristics considerable interest in such copolymer has been generated, specially in electronics as a transducer element. The induced modifications were investigated by Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy (FT-IR/PAS) as well as transmittance FT-IR, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), X-ray diffraction, UV/Visible and Raman spectroscopies. The spectroscopic vibrational techniques (FT-IR/PAS, FT-IR and Raman) were used to identify bands related to crystalline and amorphous regions, bond formation, bond scission and presence of new functional groups. In both IR and Raman spectra were observed a couple of bands related to the crystalline regions that undergo changes of relative intensities with the radiation dose. These changes may be interpreted as an increase or decrease of the crystallinity degree, and also modifications of crystal structure. X-ray diffraction showed a new peak, close to that of the ferroelectric phase, under increasing radiation doses, due to a modification of crystal structure process above 480 kGy dose. An increase in the intensity of the former diffraction peak was observed, corresponding to an increase in the crystallinity degree. The DSC curves showed the endothermic peaks corresponding to the melting and the phase transitions, whose variations allow an evaluation of the effects of X-ray radiation. UV/Visible spectra showed chromophores absorptions whose band intensities increase by radiation dose and decrease during sample\'s aging. The data indicate that P(VDF-TrFE) under X-ray radiation exposition undergoes a crystal structure modification, probably a change of a ferroelectric structure to another one, paraelectric.

Filmes de poli(fluoreto de vinilideno-co-trifluoretileno), P(VDF-IrFE), com uma razão molar 70/30 de VDF e IrFE, respectivamente, foram expostos à radiação-X sob vácuo em uma ampla faixa de doses de irradiação. Este é um copolímero estatístico e semi-cristalino que possui a especial característica de cristalizar espontaneamente numa estrutura ferroelétrica. Ele também possui uma transição de fase ferro-paraelétrica detectável, definida como a temperatura de Curie (Tc). Devido a estas características tem despertado considerável interesse, em especial na área da eletrônica como elemento transdutor. As modificações induzidas foram investigadas por espectroscopia fotoacústica no infravermelho (FT-IR/PAS), assim como FI-IR por transmitância, calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (IG), difração de raios-X, UV/Visível e espectroscopia Raman. As técnicas espectroscópicas vibracionais (fotoacústica no IR, Raman e absorção no IR) foram utilizadas na identificação de bandas relacionadas às regiões cristalinas e amorfas, formação e rompimento de ligações e presença de novos grupos funcionais. Nos espectros IR e Raman são observadas duas bandas que estão relacionadas às regiões cristalinas e sofrem mudanças nas suas intensidades relativas de acordo com a dose de radiação. Essas mudanças podem ser interpretadas como aumento ou diminuição do grau de cristalinidade, e também em termos de modificações de arranjos cristalinos. A difração de raio-X mostrou o aparecimento de um pico, próximo àquele da fase ferroelétrica, sob aumento da dose de radiação, devido a um processo de modificação do arranjo cristalino acima da dose de 480 kGy. Foi observado um aumento de intensidade no referido pico de difração, correspondendo a um aumento do grau de cristalinidade da amostra. As curvas de DSC mostraram picos endotérmicos correspondentes a fusão e transições de fases que, através de suas variações, possibilitam avaliar os efeitos da irradiação com raios-X. Os espectros UV/Visível mostraram absorções dos cromóforos cujas intensidades de banda aumentam com a dose de radiação e diminuem durante o envelhecimento da amostra. Os dados indicam que a radiação-X induz uma modificação no arranjo cristalino do P(VDF-TrFE). Tal modificação, é provavelmente uma mudança de estrutura ferroelétrica para outra, paraelétrica. / Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) films, P(VDF-TrFE), with a molar ratio 70/30 of VDF and TrFE units, respectively, were exposed to X-ray radiation under vacuum in a wide range of irradiation doses. This is a statistic semi-crystalline copolymer and displays the unique feature of a spontaneous crystallization into a ferroelectric structure. It also possesses a detectable ferro-paraelectric transition, the Curie temperature (Tc). Due to these characteristics considerable interest in such copolymer has been generated, specially in electronics as a transducer element. The induced modifications were investigated by Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy (FT-IR/PAS) as well as transmittance FT-IR, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), X-ray diffraction, UV/Visible and Raman spectroscopies. The spectroscopic vibrational techniques (FT-IR/PAS, FT-IR and Raman) were used to identify bands related to crystalline and amorphous regions, bond formation, bond scission and presence of new functional groups. In both IR and Raman spectra were observed a couple of bands related to the crystalline regions that undergo changes of relative intensities with the radiation dose. These changes may be interpreted as an increase or decrease of the crystallinity degree, and also modifications of crystal structure. X-ray diffraction showed a new peak, close to that of the ferroelectric phase, under increasing radiation doses, due to a modification of crystal structure process above 480 kGy dose. An increase in the intensity of the former diffraction peak was observed, corresponding to an increase in the crystallinity degree. The DSC curves showed the endothermic peaks corresponding to the melting and the phase transitions, whose variations allow an evaluation of the effects of X-ray radiation. UV/Visible spectra showed chromophores absorptions whose band intensities increase by radiation dose and decrease during sample\'s aging. The data indicate that P(VDF-TrFE) under X-ray radiation exposition undergoes a crystal structure modification, probably a change of a ferroelectric structure to another one, paraelectric.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-10-05Bitstream added on 2014-06-13T18:53:36Z : No. of bitstreams: 1 stefanelo_jc_me_rcla.pdf: 1971755 bytes, checksum: f2545c6a190dc7a872bf14f2c2b4fce6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho foi desenvolvido um dispositivo eletroluminescente (EL) constituído de um compósito híbrido (CH), formado por uma blenda polimérica e um material EL inorgânico. A blenda é composta por um polímero condutor, a poli(o-metoxianilina) (POMA) dopada com ácido tolueno sulfônico (TSA), e um polímero isolante, o poli(fluoreto de vinilideno-co-trifluoretileno) (P(VDF-TrFE)). A esta blenda é acrescentado um material EL inorgânico, o silicato de zinco dopado com Manganês (Zn2SiO4:Mn), formando assim, o compósito híbrido. O dispositivo foi construído depositando o compósito por drop casting sobre um substrato de óxido de estanho dopado com flúor (FTO) e após cristalização em uma estufa foi depositado um eletrodo de metal por evaporação à vácuo formando uma estrutura tipo “sanduíche”. Neste trabalho foram construídos dispositivos com eletrodo superior de Alumínio (Al) e Ouro (Au), denominados: FTO/CH/Al e FTO/CH/Au. O comportamento elétrico dos dispositivos de FTO/CH/Al foram analisados aplicando-se as teorias de Emissão Termoiônica, Emissão Schottky e Emissão Poole-Frenkel, o que tornou possível encontrar alguns parâmetros como: altura da barreira para a junção metal/CH, condutividade do CH e fator de retificação. O dispositivo de FTO/CH/Au foi caracterizado pela técnica de espectroscopia de impedância, sendo obtido também a altura da barreira para a junção metal/CH, a condutividade do CH, além da constante dielétrica do compósito e como variam esses dois últimos parâmetros com a temperatura. A aplicação das teorias de Emissão Termoiônica, Emissão Schottky e Emissão Poole-Frenkel produziram resultados semelhantes aos obtidos pela técnica de espectroscopia de impedância. Os espectros de luminescência apresentaram um pico em l = 528 nm com estabilidade temporal de emissão comparável a dos dispositivos inorgânicos puros. / In this work was developed an electroluminescent (EL) device made up with a hybrid composite (CH), that is formed by a polymeric blend and an inorganic EL material. The conductive polymer, poly(o-methoxyaniline) (POMA) doped with p-Toluene sulphonic acid (TSA), and an isolating polymer, the poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDFTrFE)), was used to make the polymer blend. An inorganic EL material, the zinc silicate manganese-doped (Zn2SiO4:Mn), was added to the blend, forming the hybrid composite. The composite was deposited by drop-casting over a Fluoride Tin Oxide substrate (FTO) and after the crystallization in an oven a metal electrode was deposited by vacuum evaporation, forming a type “sandwich” structure. In this work were constructed different devices. Aluminum (Al) and Gold (Au) were used as upper electrodes, therefore the device structures were: FTO/CH/Al and FTO/CH/Au. To analyze the electrical behavior of the FTO/CH/Al device was applied the theories of Thermionic Emission, Schottky Emission and Poole- Frenkel Emission. Using these theories was possible to obtain parameters such as; the barrier height from the metal/CH junction, CH conductivity and diode rectifier factor. The FTO/CH/Au device was characterized using the impedance spectroscopy technique. For this device was also possible to obtain the barrier height from the metal/CH junction, CH conductivity and CH dielectric constant. For the last two parameters the dependence with the temperature were also observed. The application of the theories of Thermionic Emission, Schottky Emission and Poole-Frenkel Emission produced similar results to that obtained by the impedance spectroscopy technique. The luminescence spectra, for the devices, showed a peak at l = 528 nm with emission stability in time that it is comparable of pure inorganic devices.

Zur Messung pyrelektrischer Koeffzienten wurde ein Messplatz nach einem erweiterten SHARP-GARN-Verfahren entwickelt und zur Untersuchung von Phasenumwandlungen in Pyroelektrika eingesetzt. Einerseits konnten pyroelektrische Messungen im elektrischen Feld die Pyroelektrizität einer neuen durch elektrisch angetriebene Defektmigration erzeugten Phase in Strontiumtitanat nachweisen. Andererseits gelang es, Ferroelektrizität in der Hochtemperaturphase von Poly(Vinylidenfluorid-Trifluorethylen), mittels phasenreiner Präparation der Hochtemperaturphase unterhalb der CURIEtemperatur und anschließender Polarisierung, nachzuweisen. Ferner ließen sich mittels thermisch angeregter Pyroelektrika Redoxprozesse antreiben, was durch Desinfektion von Escherichia coli Bakterien in wässriger Lösung mittels Lithiumniobat und -tantalat gezeigt wurde. Die Hypothese der Desinfektion durch reaktive Sauerstoffspezies konnte durch spektroskopisch nachgewiesene OH-Radikale - erzeugt mittels thermisch angeregter Bariumtitanatnanopartikel - belegt werden.