A tecnologia dos semicondutores inorgânicos tem dominado a indústria eletrônica por muitos anos. No entanto, com a descoberta dos polímeros condutores um esforço considerável tem sido dedicado ao estudo e às aplicações tecnológicas desses materiais em dispositivos eletrônicos, dando início a um novo ramo da eletrônica: a Eletrônica Orgânica (EO). Uma das grandes vantagens da EO reside nos métodos de processamento. Os materiais orgânicos são facilmente processados em solução, portanto permite o uso de diversas técnicas de deposição, como por exemplo, as técnicas de impressão. Dentre as técnicas de impressão, a jato de tinta é a que mostra ser mais adequada à impressão de circuitos. Ela permite depositar volumes de soluções (ou suspensões) da ordem de picolitros em cada gota mantendo padrões bem definidos. Além disso, elimina o uso de máscaras, ocasionando diminuição nos custos e desperdício de material e, por ser um método de deposição tipo não-contato, minimiza possíveis contaminações. Esta tese dedicou-se, dentro desse contexto, ao domínio da técnica de jato de tinta para a confecção de transistores de efeito de campo orgânico (OFETs) tipo p e tipo n, e com aplicação em um inversor lógico unipolar. Os OFETs impressos usaram a arquitetura top gate/bottom contact (TG/BC. Os filmes semicondutores foram formados por várias linhas impressas sobre a região dos eletrodos fonte e dreno. Para os OFETs tipo p foi utilizado o semicondutor Poli(3-hexiltiofeno) régio-regular (rr-P3HT). Foram fabricados OFETs tipo p com a impressão de linhas utilizando os quatro diferentes padrões de deposição da impressora Autodrop. OFETs tipo p com mobilidade em torno de 3x10-3 cm2/V.s e razões Ion/Ioff da ordem de 103 foram obtidos utilizando um padrão de deposição paralelo e outro perpendicular a fonte e dreno. Para os OFETs tipo n o semicondutor usado foi o Poli{[N,N\'-bis(2-octildodecil)-naftaleno-1,4,5,8-bis(dicarboximida)-2,6-diil]-alt-5,5\'-(2,2\'-bitiofeno)]} (P(NDI2OD-T2)). Dentre os OFETs tipo n impressos os melhores apresentaram mobilidades em torno de 10-2 cm2/V.s e razões Ion/Ioff de aproximadamente 5x102. Ambos os OFETs impressos foram aplicados em inversores lógicos digitais unipolares com ganhos maiores que 1. / The technology of inorganic semiconductors has dominated the industry of electronics for many years. However, since the discovery of conductive polymers considerable effort has been devoted to studies and technological applications of these materials in electronic devices, starting a new branch of electronics: Organic Electronics (OE). One of the great advantages of OE lies in the processing methods. The organic materials are easily handled in solution, thus allows the use of various deposition techniques, as for example the printing techniques. Among the techniques of printing, inkjet is showing to be more suitable for printing circuits. It allows you to deposit solutions (or suspensions) volumes on the order of picoliters in each drop, performing well-defined patterns. Furthermore, it eliminates the use of masks, resulting in reduced costs and material waste. This thesis is dedicated to the field of inkjet technique, specifically for the fabrication of organic field-effect transistors (OFETs), p-type and n-type, and application in a unipolar logic inverter. Printed OFETs used architecture top gate/bottom contact (TG/BC). The semiconductor films were formed by several printed lines on the region of the source and drain electrodes. For p-type OFETs we used poly (3-hexylthiophene ) regio-regular (rr-P3HT) as semiconducting material. The p-type OFETs were fabricated using the four different patterns of deposition of the printer Autodrop. These OFETs showed mobility around 3x10-3 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 103 for the deposition pattern parallel and perpendicular to source and drain. For the n-type OFETs the semiconductor used was Poly{[N,N\'-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5\'-(2,2\'-bithiophene)]} (P(NDI2OD-T2)). Among the printed n-type OFETs the best showed mobility around of 10-2 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 5x102. Both printed OFETs were applied in unipolar digital logic inverters, with gains greater than 1.

A tecnologia dos semicondutores inorgânicos tem dominado a indústria eletrônica por muitos anos. No entanto, com a descoberta dos polímeros condutores um esforço considerável tem sido dedicado ao estudo e às aplicações tecnológicas desses materiais em dispositivos eletrônicos, dando início a um novo ramo da eletrônica: a Eletrônica Orgânica (EO). Uma das grandes vantagens da EO reside nos métodos de processamento. Os materiais orgânicos são facilmente processados em solução, portanto permite o uso de diversas técnicas de deposição, como por exemplo, as técnicas de impressão. Dentre as técnicas de impressão, a jato de tinta é a que mostra ser mais adequada à impressão de circuitos. Ela permite depositar volumes de soluções (ou suspensões) da ordem de picolitros em cada gota mantendo padrões bem definidos. Além disso, elimina o uso de máscaras, ocasionando diminuição nos custos e desperdício de material e, por ser um método de deposição tipo não-contato, minimiza possíveis contaminações. Esta tese dedicou-se, dentro desse contexto, ao domínio da técnica de jato de tinta para a confecção de transistores de efeito de campo orgânico (OFETs) tipo p e tipo n, e com aplicação em um inversor lógico unipolar. Os OFETs impressos usaram a arquitetura top gate/bottom contact (TG/BC. Os filmes semicondutores foram formados por várias linhas impressas sobre a região dos eletrodos fonte e dreno. Para os OFETs tipo p foi utilizado o semicondutor Poli(3-hexiltiofeno) régio-regular (rr-P3HT). Foram fabricados OFETs tipo p com a impressão de linhas utilizando os quatro diferentes padrões de deposição da impressora Autodrop. OFETs tipo p com mobilidade em torno de 3x10-3 cm2/V.s e razões Ion/Ioff da ordem de 103 foram obtidos utilizando um padrão de deposição paralelo e outro perpendicular a fonte e dreno. Para os OFETs tipo n o semicondutor usado foi o Poli{[N,N\'-bis(2-octildodecil)-naftaleno-1,4,5,8-bis(dicarboximida)-2,6-diil]-alt-5,5\'-(2,2\'-bitiofeno)]} (P(NDI2OD-T2)). Dentre os OFETs tipo n impressos os melhores apresentaram mobilidades em torno de 10-2 cm2/V.s e razões Ion/Ioff de aproximadamente 5x102. Ambos os OFETs impressos foram aplicados em inversores lógicos digitais unipolares com ganhos maiores que 1. / The technology of inorganic semiconductors has dominated the industry of electronics for many years. However, since the discovery of conductive polymers considerable effort has been devoted to studies and technological applications of these materials in electronic devices, starting a new branch of electronics: Organic Electronics (OE). One of the great advantages of OE lies in the processing methods. The organic materials are easily handled in solution, thus allows the use of various deposition techniques, as for example the printing techniques. Among the techniques of printing, inkjet is showing to be more suitable for printing circuits. It allows you to deposit solutions (or suspensions) volumes on the order of picoliters in each drop, performing well-defined patterns. Furthermore, it eliminates the use of masks, resulting in reduced costs and material waste. This thesis is dedicated to the field of inkjet technique, specifically for the fabrication of organic field-effect transistors (OFETs), p-type and n-type, and application in a unipolar logic inverter. Printed OFETs used architecture top gate/bottom contact (TG/BC). The semiconductor films were formed by several printed lines on the region of the source and drain electrodes. For p-type OFETs we used poly (3-hexylthiophene ) regio-regular (rr-P3HT) as semiconducting material. The p-type OFETs were fabricated using the four different patterns of deposition of the printer Autodrop. These OFETs showed mobility around 3x10-3 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 103 for the deposition pattern parallel and perpendicular to source and drain. For the n-type OFETs the semiconductor used was Poly{[N,N\'-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5\'-(2,2\'-bithiophene)]} (P(NDI2OD-T2)). Among the printed n-type OFETs the best showed mobility around of 10-2 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 5x102. Both printed OFETs were applied in unipolar digital logic inverters, with gains greater than 1.

Esta tese tem por objetivo o desenvolvimento de metodologias eficientes e de baixo custo para ajustar as propriedades elétricas de OFETs de canal p e de canal n, a fim de possibilitar a fabricação do circuito complementar orgânico, semelhante a uma estrutura CMOS. O desempenho do circuito complementar fabricado foi otimizado, e também foi confeccionado por impressão um OFETs de canal operando em baixas tensões. Para a fabricação do CMOS orgânico foi proposto um método baseado na seleção adequada do solvente da camada dielétrica para ajustar o desempenho elétrico dos OFETs de canal p e de canal n. Os solventes, MEK, nBA e DMSO foram selecionados para a dissolução do PMMA por apresentarem diferenças nos valores de momento de dipolo, de ponto de ebulição e de graus de ortogonalidade em relação as camadas semicondutoras de P3HT e de P(NDI2OD-T2) dos OFETs. A análise dos resultados dos OFETs de canal p e de canal n demonstrou que a metodologia proposta é adequada tanto para o ajuste das propriedades elétricas destes dispositivos quanto para a otimização do desempenho dos mesmos. Os melhores desempenhos elétricos para os OFETs de canal p e de canal n foram obtidos quando utilizados o DMSO e o MEK como solventes do PMMA, respectivamente, devido à perfeita ortogonalidade destes solventes em relação às camadas semicondutoras. Os OFETs de canal p que utilizaram o DMSO e os OFETs de canal n que utilizaram o nBA foram os que apresentaram desempenhos elétricos semelhantes, sendo portanto aplicados na fabricação do CMOS. Valores de ganho entre 6,8 e 7,8 e de margem de ruído entre 28,3 V e 34,5 V foram obtidos para inversores complementares fabricados nesta etapa do trabalho. OFETs de canal p utilizando uma blenda de PTAA: diF TES ADT como camada semicondutora, o PEDOT:PSS como eletrodos dreno/fonte e o P(VDF-TrFE-CFE) como camada dielétrica também foram fabricados neste trabalho. A técnica de blade-coating foi utilizada para a deposição dos eletrodos dreno/fonte e da camada semicondutora, ao passo que a técnica de spray-coating foi utilizada para a deposição da camada dielétrica. Da análise dos resultados foi possível inferir que a utilização de um dielétrico com elevada constante dielétrica (K), como o P(VDF-TrFE-CFE), possibilita o funcionamento dos transistores a baixas tensões (≤ 8 V), porém com valores de mobilidade reduzidos devido à elevada desordem dipolar na interface provocada por este dielétrico. Para minimizar esses efeitos, uma fina camada de um polímero fluorado foi depositada entre a camada semicondutora e a dielétrica pela técnica de blade-coating, constituindo assim uma bicamada dielétrica nos OFETs. Dos resultados das medidas elétricas dos OFETs constituídos pela bicamada dielétrica foi observada permanência do funcionamento destes dispositivos a tensões inferiores a 8 V com desempenho elétricos superiores a resultados já publicados na literatura. Por fim, inversores lógicos unipolares com transistores de carga foram fabricados com os OFETs que utilizaram a bicamada dielétrica, sendo obtidos valores de ganho entre 1,2 e 1,6 e de margem de ruído entre 56% e 68,5% de ½ VDD. / This thesis aimed to develop an efficient and low cost method to adjust the electrical properties of p- and n-channel OFETs to allow us to build an organic CMOS and the optimization of printed p-channel OFETs to work at low voltages. We proposed a method to fabricate the organic CMOS, based on the careful selection of dielectric solvent, which was adjusted to obtain the best performance of p- and n-channel OFETs. The dielectric solvents as MEK, nBA and DMSO were selected to dissolve the PMMA dielectric polymer due their different physical properties as dipole moment and boiling point and because they showed slightly different degrees of orthogonality to the P3HT and P(NDI2OD-T2) semiconductor layers of the OFETs. The results showed that the careful selection of the dielectric solvent not only allows to tune the electrical characteristics of the p- and n-channel OFETs, but also to improve the performance of these devices. The best performances were achieved when DMSO and MEK were used as dielectric solvents of the p and n-channel OFETs, respectively, as result of the perfectly orthogonality of these solvents to the semiconductor layers. P-channel OFETs using DMSO and n-channel OFETs using nBA showed similar electrical characteristics and thus, they were used to construct the organic CMOS. The organic complementary inverters showed high gain and noise margin values in the range of 6,8 to 7,8 and 28,3 V to 34,5 V, respectively. Printed p-channel OFETs were also fabricated, in which the blend PTAA:diF TES ADT was used as semiconductor channel, PEDOT:PSS as the drain/source electrodes and P(VDF-TrFE-CFE) as the dielectric layer. The blade-coating technique was used to deposit the source/drain electrodes and the semiconductor layer, while the spray-coating technique was used to deposit the dielectric layer. It was observed that using high-k dielectric as P(VDF-TrFE-CFE) enable to reduce the operating voltage of the OFETs (≤8 V), however, this high-k dielectric also reduced the field effect mobility due the dipolar disorder at the semiconductor/dielectric interface. To minimize the dipolar issue at the interface, we inserted a thin fluoropolymer dielectric layer by blade-coating between the semiconductor and the high-k dielectric layers, thus constituting a dielectric bilayer on the OFETs. From the electrical measurements of the OFETs with the dielectric bilayer, it was observed that the devices were still working at 8 V and they also showed better performance in comparison to results already published. Finally, organic unipolar inverters with load transistors were fabricated using the p-channel OFETs with the dielectric bilayer and they showed reasonable performance, with gain and noise margin in the range of 1,2 to 1,6 and 56% e 68,5% of ½ VDD, respectively.

Esta tese tem por objetivo o desenvolvimento de metodologias eficientes e de baixo custo para ajustar as propriedades elétricas de OFETs de canal p e de canal n, a fim de possibilitar a fabricação do circuito complementar orgânico, semelhante a uma estrutura CMOS. O desempenho do circuito complementar fabricado foi otimizado, e também foi confeccionado por impressão um OFETs de canal operando em baixas tensões. Para a fabricação do CMOS orgânico foi proposto um método baseado na seleção adequada do solvente da camada dielétrica para ajustar o desempenho elétrico dos OFETs de canal p e de canal n. Os solventes, MEK, nBA e DMSO foram selecionados para a dissolução do PMMA por apresentarem diferenças nos valores de momento de dipolo, de ponto de ebulição e de graus de ortogonalidade em relação as camadas semicondutoras de P3HT e de P(NDI2OD-T2) dos OFETs. A análise dos resultados dos OFETs de canal p e de canal n demonstrou que a metodologia proposta é adequada tanto para o ajuste das propriedades elétricas destes dispositivos quanto para a otimização do desempenho dos mesmos. Os melhores desempenhos elétricos para os OFETs de canal p e de canal n foram obtidos quando utilizados o DMSO e o MEK como solventes do PMMA, respectivamente, devido à perfeita ortogonalidade destes solventes em relação às camadas semicondutoras. Os OFETs de canal p que utilizaram o DMSO e os OFETs de canal n que utilizaram o nBA foram os que apresentaram desempenhos elétricos semelhantes, sendo portanto aplicados na fabricação do CMOS. Valores de ganho entre 6,8 e 7,8 e de margem de ruído entre 28,3 V e 34,5 V foram obtidos para inversores complementares fabricados nesta etapa do trabalho. OFETs de canal p utilizando uma blenda de PTAA: diF TES ADT como camada semicondutora, o PEDOT:PSS como eletrodos dreno/fonte e o P(VDF-TrFE-CFE) como camada dielétrica também foram fabricados neste trabalho. A técnica de blade-coating foi utilizada para a deposição dos eletrodos dreno/fonte e da camada semicondutora, ao passo que a técnica de spray-coating foi utilizada para a deposição da camada dielétrica. Da análise dos resultados foi possível inferir que a utilização de um dielétrico com elevada constante dielétrica (K), como o P(VDF-TrFE-CFE), possibilita o funcionamento dos transistores a baixas tensões (≤ 8 V), porém com valores de mobilidade reduzidos devido à elevada desordem dipolar na interface provocada por este dielétrico. Para minimizar esses efeitos, uma fina camada de um polímero fluorado foi depositada entre a camada semicondutora e a dielétrica pela técnica de blade-coating, constituindo assim uma bicamada dielétrica nos OFETs. Dos resultados das medidas elétricas dos OFETs constituídos pela bicamada dielétrica foi observada permanência do funcionamento destes dispositivos a tensões inferiores a 8 V com desempenho elétricos superiores a resultados já publicados na literatura. Por fim, inversores lógicos unipolares com transistores de carga foram fabricados com os OFETs que utilizaram a bicamada dielétrica, sendo obtidos valores de ganho entre 1,2 e 1,6 e de margem de ruído entre 56% e 68,5% de ½ VDD. / This thesis aimed to develop an efficient and low cost method to adjust the electrical properties of p- and n-channel OFETs to allow us to build an organic CMOS and the optimization of printed p-channel OFETs to work at low voltages. We proposed a method to fabricate the organic CMOS, based on the careful selection of dielectric solvent, which was adjusted to obtain the best performance of p- and n-channel OFETs. The dielectric solvents as MEK, nBA and DMSO were selected to dissolve the PMMA dielectric polymer due their different physical properties as dipole moment and boiling point and because they showed slightly different degrees of orthogonality to the P3HT and P(NDI2OD-T2) semiconductor layers of the OFETs. The results showed that the careful selection of the dielectric solvent not only allows to tune the electrical characteristics of the p- and n-channel OFETs, but also to improve the performance of these devices. The best performances were achieved when DMSO and MEK were used as dielectric solvents of the p and n-channel OFETs, respectively, as result of the perfectly orthogonality of these solvents to the semiconductor layers. P-channel OFETs using DMSO and n-channel OFETs using nBA showed similar electrical characteristics and thus, they were used to construct the organic CMOS. The organic complementary inverters showed high gain and noise margin values in the range of 6,8 to 7,8 and 28,3 V to 34,5 V, respectively. Printed p-channel OFETs were also fabricated, in which the blend PTAA:diF TES ADT was used as semiconductor channel, PEDOT:PSS as the drain/source electrodes and P(VDF-TrFE-CFE) as the dielectric layer. The blade-coating technique was used to deposit the source/drain electrodes and the semiconductor layer, while the spray-coating technique was used to deposit the dielectric layer. It was observed that using high-k dielectric as P(VDF-TrFE-CFE) enable to reduce the operating voltage of the OFETs (≤8 V), however, this high-k dielectric also reduced the field effect mobility due the dipolar disorder at the semiconductor/dielectric interface. To minimize the dipolar issue at the interface, we inserted a thin fluoropolymer dielectric layer by blade-coating between the semiconductor and the high-k dielectric layers, thus constituting a dielectric bilayer on the OFETs. From the electrical measurements of the OFETs with the dielectric bilayer, it was observed that the devices were still working at 8 V and they also showed better performance in comparison to results already published. Finally, organic unipolar inverters with load transistors were fabricated using the p-channel OFETs with the dielectric bilayer and they showed reasonable performance, with gain and noise margin in the range of 1,2 to 1,6 and 56% e 68,5% of ½ VDD, respectively.