Submitted by Luíz Gustavo Simão Albano (luizgustavoalbano@gmail.com) on 2018-04-20T20:51:26Z No. of bitstreams: 1 TESE_ALBANO_LGS-23-02-2018.pdf: 13982901 bytes, checksum: 09610d28485aca4fecdd9833a5f43b00 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-04-23T19:56:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 albano_lgs_dr_bauru.pdf: 13982901 bytes, checksum: 09610d28485aca4fecdd9833a5f43b00 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T19:56:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 albano_lgs_dr_bauru.pdf: 13982901 bytes, checksum: 09610d28485aca4fecdd9833a5f43b00 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Atualmente, a eletrônica baseada em materiais orgânicos vem ganhando visibilidade no cenário científico e tecnológico devido à alta flexibilidade mecânica e baixo custo desses materiais. A fabricação de dispositivos eletrônicos baseados em materiais orgânicos e técnicas de baixo custo é um desafio pertinente e atual. Os transistores merecem destaque por serem a base da tecnologia atual. Em especial, uma arquitetura vertical comumente conhecida como VOFET (Transistor Orgânico de Efeito de Campo em Arquitetura Vertical) vem sendo explorada nos últimos anos. Entretanto, um problema comum em VOFETs é o eletrodo intermediário, o qual deve ser permeável a campos elétricos e apresentar baixa resistência de folha utilizando técnicas com baixo custo de produção. Desta forma, na primeira parte deste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um eletrodo intermediário baseado em nanofios de prata utilizando a técnica de baixo custo conhecida como Mayer rod-coating. Os eletrodos otimizados foram aplicados em dispositivos VOFETs, resultando em transistores com densidades de corrente de 2,5 mA/cm2 e razão on/off de 5x103, utilizando tensões de operação de até 2 V. Além dos semicondutores orgânicos comumente sintetizados, corantes naturais também vêm sendo explorados para aplicações em dispositivos eletrônicos. Dentre eles, a melanina desperta atenção por ser um pigmento natural encontrado em vários sistemas biológicos. No corpo humano a melanina é responsável por funções como pigmentação, fotoproteção e termoregulação. Suas características de transporte em função da umidade associada à sua alta biocompatibilidade, tem originado considerável interesse para aplicações em dispositivos eletrônicos. Apesar de suas vantagens, quando extraída in vivo a melanina apresenta considerável irregularidade estrutural e pouca solubilidade, sendo necessário o desenvolvimento de rotas sintéticas para a obtenção de filmes finos de qualidade. Assim, na segunda parte deste trabalho, foi explorada a obtenção de filmes finos de melanina para aplicações na eletrônica orgânica. Os resultados obtidos permitiram à aplicação desse material em transistores eletroquímicos. Além disso, um estudo considerando diferentes condições de umidade relativa e pHs permitiu mostrar que sua condutividade é governada pela reação de comproporcionamento. Na terceira parte deste trabalho, foi estudada a fabricação de filmes finos utilizando diferentes porcentagens de melanina em matrizes de álcool polivinílico, para simultâneas aplicações como filtros protetores de radiação ultravioleta e capacitores orgânicos transparentes. Os filmes finos fabricados apresentaram excelente desempenho contra os raios UVA, bloqueando 100 % dos raios incidentes, além de funcionar de forma simultânea como capacitores orgânicos transparentes utilizando nanofios de prata como eletrodos. A integração dos filtros com a eletrônica orgânica permite futuras aplicações desse sistema em janelas ópticas inteligentes. Na última parte deste trabalho, foi estudada a reticulação de cadeias poliméricas do álcool polivinílico através inserção da melanina com intuito de substituir o dicromato de amônio, tradicionalmente utilizado na de reticulação do polímero. Os resultados obtidos mostraram que os filmes finos com 0,5 % de melanina apresentaram uma redução na densidade de corrente de quase duas ordens de magnitude em comparação com os filmes finos de álcool polivinílico, comportamento similar quando a reticulação é realizada com dicromato de amônio. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a possibilidade de fabricar dispositivos eletrônicos baseados em materiais orgânicos e técnicas de baixo custo. O uso da melanina mostra ser uma alternativa interessante, pois além de sua alta biocompatibilidade, este material pode desempenhar diferentes funções em dispositivos eletrônicos. / Currently, electronics based on organic materials has been acquiring visibility in the scientific and technological scenario due to the high mechanical flexibility and low-cost of these materials. The fabrication of electronic devices based on organic materials and low-cost techniques is a relevant and current challenge. Transistors deserve attention because they are the base of our current technology. In particular, a vertical architecture commonly known as VOFET (Vertical Organic Field Effect Transistor) has been explored in recent years. However, a common issue in VOFET structure is the intermediate electrode, which must be permeable to electric fields with low sheet resistance using low-cost production techniques. Thus, in the first part of this work, the development of an intermediate electrode based on silver nanowires using the low-cost technique known as Mayer rod-coating is presented. The optimized electrodes were applied in VOFETs, resulting in devices with current densities of 2.5 mA/cm2 and on/off ratio of 5x103, using operating voltages up to 2 V. Apart from to the organic semiconductors commonly synthesized, natural dyes are also being explored in organic electronics. Among them, melanin deserves attention because it is a natural pigment found in several biological systems. In the human body melanin is responsible for functions such as pigmentation, photoprotection and thermoregulation. The humidity-dependent electrical response associated with the high biocompatibility has provided considerable interest for applications in electronic devices. However, melanin when extracted in vivo presents considerable structural irregularity and low solubility. In this way, the development of synthetic routes to obtain thin films with quality has been considered. Thus, in the second part of this work, the fabrication of melanin thin films was explored for applications in organic electronics. The results obtained allowed the application of melanin thin films in electrochemical transistors. In addition, a study considering different conditions of relative humidity allowed observe that its electronic conductivity is governed by the comproportionation reaction. In the third part of this work, the fabrication of poly(vinyl alcohol) thin films with different percentages of melanin were studied for simultaneously applications as ultraviolet filters and transparent organic capacitors. The thin films fabricated presented good performance against UVA radiation, blocking 100 % of the incident rays and working as transparent organic capacitors using silver nanowires as electrode. The integration of the filters with organic electronics allows future applications of this system in smart windows. In the last part of this work, the crosslinking of poly(vinyl alcohol) polymer chains through melanin incorporation was studied in order to replace ammonium dichromate. Ammonium dichromate is traditionally used in the poly(vinyl alcohol) crosslinking process. The results showed that the thin films with 0.5 % of melanin presented a reduction factor of almost 100 in current density when compared to the neat thin films, similar behavior when the crosslinking is performed with inorganic materials. The results obtained in this work showed the possibility to fabricate electronic devices based on organic materials and low-cost techniques. In addition, the use of melanin is an interesting alternative due to the fact that this material has high biocompatibility and can perform different functions in electronic devices. / FAPESP: 13/09963-6 / FAPESP: 13/07296-2 / FAPESP: 14/25332-9

Submitted by João Paulo Braga (jpbraga_ibilce@hotmail.com) on 2018-05-10T12:08:05Z No. of bitstreams: 1 dissertação.corrigida . Braga.JP...pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) Previous issue date: 2018-04-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / 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. / 134107/2016-0

Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T10:27:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_LucianoCamaraBuenode_M.pdf: 4566206 bytes, checksum: 004300417197b06c786d6cac40898584 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo propor um sistema de baixo custo para conversão de veículos urbanos convencionais para propulsão elétrica. Serão abordadas também, técnicas, de paralelismo de dispositivos semicondutores para altas demandas de potência, motores elétricos, baterias, e sistemas de recarga. De uma maneira geral o projeto apresenta a viabilização de uni kit prático de conversão que permite a Substituição do sistema de tração original (gasolina ou álcool) para o sistema de tração elétrica movido à bateria interna recarregável, para uso urbano que, futuramente, possa ser produzido em larga escala. Os resultados dos modelos teóricos são confrontados com os testes práticos. É apresentado, ao final, um veículo completo, que opera apenas com propulsão elétrica, bem como os íesíes realizados neste veículo / Abstract: The objective of the dissertation is to present a low cost system for the utilization of electric propulsion in urban vehicles powered with internal combustion engines, ft will be discussed semiconductor devices parallelism techniques for high demands of power, electric engines, batteries, and re-charge- systems. In a general way. the project has as objective the design of a conversion kit that allows the substitution of the of original traction of the vehicle by an electric traction system with rechargeable interna! batteries, and that can be produced in large scale. The results of the theoretical models are compared with the practical evaluation tests. The experimental results measured in a complete vehicle assembled using the developed kit are presented / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Luiz Carlos Kretly / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T01:55:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AndreTavoradeAlbuquerque_D.pdf: 5543671 bytes, checksum: 26990143f84fbd9e80d60304ebc8febc (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho apresenta dois tópicos de pesquisa, o primeiro é referente ao projeto e desenvolvimento da tecnologia de fabricação de Chaves MEMS (Micro Electro Mechanical System) de RF e o segundo é o projeto de circuitos integrados. No que se refere a chaves MEMS, descreve-se o processo e a metodologia para projeto de Chaves MEMS paralela sobre linha de transmissão coplanar (CPW). A estrutura é composta de uma ponte metálica suspensa em ambos os lados por dois postes metálicos conectados ao plano de terra. As chaves são projetadas para uma baixa tensão de ativação (16 V) e com larga banda de operação em freqüência (400 MHz ¿ 4GHz) possibilitando seu uso na maioria dos padrões de sistemas de comunicação. Também é descrita a metodologia do projeto auxiliado por simulações eletromecânicas e eletromagnéticas e finalmente é apresentada a caracterização de 4 chaves construídas. Após extensa pesquisa na literatura técnico-científica, foi identificado que este é o primeiro trabalho no Brasil dedicado ao desenvolvimento de tecnologia de fabricação de chaves MEMS. Os projetos de circuitos integrados foram realizados em tecnologia CMOS 0,35 µm e incluem: multiplicador de tensão e oscilador em anel, chaveador SPDT (Single Pole Double Through), amplificador de baixo ruído e modulador BPSK. Sendo os circuitos multiplicador de tensão e oscilador em anel projetados para aplicações em chaves MEMS. Os circuitos SPDT, amplificador de baixo ruído e modulador BPSK são parte integrante de Front-End de RF, com recepção em 1,8 GHz (banda D - GSM) e transmissão em 868,3 MHz (padrão Zigbee). São descritos os guias de projeto para cada circuito com simulações e desenho de layout. Especificamente para os circuitos, multiplicador de tensão e amplificador de baixo ruído são apresentadas novas topologias. Estes dois circuitos estão em via de preparação de patente. Finalmente, as caracterizações de cada circuito são apresentadas, com exceção do modulador BPSK / Abstract: This work presents two main research topics: the first refers to the design and the development of a fabrication technology for RF MEMS (Micro Electromechanical Systems) Switches and the second to the design of RF integrated circuits. In relation to MEMS switches, it describes the fabrication process and the design methodology of Shunt MEMS switches over a coplanar transmission line (CPW). The structure is composed by a metallic bridge anchored on both ends by two metallic posts connected to the ground plane. The switches are designed to operate at low activation voltage (16 V) and with a large band of operating frequency (400 MHz ¿ 4GHz), making possible its use in many communication systems. It is also described a design methodology assisted by electromechanical and electromagnetic simulations, and finally it is presented the characterization of 4 switches. After extensive search in technical literature, it was identified that this is the first work in Brazil dedicated to the technology development and fabrication of MEMS switches. The integrated circuits designs are realized in CMOS 0.35 µm technology and includes: charge pump and ring oscillator, SPDT switcher (Single Pole Double Through), low noise amplifier and BPSK modulator. The circuits charge pump and ring oscillator are intended to MEMS switches applications. The circuits SPDT, low noise amplifier and BPSK modulator are integrating parts of a RF Front-End, with reception at 1.8 GHz (band D ¿ GSM) and transmission at 868.3 MHz (ZigBee standard). The design guidelines to each circuit are described, with simulations and layout drawing. Specifically to the circuits charge pump and low noise amplifier, it is presented new topologies with innovation in the area. These two circuits have their patent process under preparation. Finally, the characterization of each circuit is presented, with exception of the BPSK modulator / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Neste trabalho é apresentado um estudo do efeito da tensão mecânica uniaxial e biaxial no ruído de baixa frequência nos transistores SOI planares e tridimensionais (MuGFETs de porta tripla) com diferentes orientações cristalográficas, além de um estudo das características analógicas nos transistores planares e tipo MuGFET de porta tripla. Nos transistores planares, o estudo do ruído de baixa frequência demonstrou uma melhora para os transistores tensionados no regime de saturação, independente do comprimento de canal, entretanto para a região linear, a tensão mecânica somente reduziu o ruído para um comprimento de canal pequeno (160nm). Nas características analógicas, foi utilizado o recurso da simulação numérica bidimensional para obtenção dos resultados. Os resultados mostram que os transistores tensionados são capazes de promover um melhor desempenho na transcondutância, na ordem de um aumento no mínimo de 40% , indicando para comprimentos longos de canal (910 nm) uma aumento de 56% para tensão mecânica biaxial e o oposto para a uniaxial (45%) (160 nm): entretanto, na condutância de saída, a tensão mecânica de forma geral promove uma maior degradação, aumento de 3% para um transistor uniaxial e aumento de 105% para o transistor biaxial. No ganho intrínseco de tensão, mais uma vez os transistores tensionados melhoraram de desempenho: contudo, neste caso, melhor resultado foi para o transistor biaxial, chegando a 5 dB de ganho. Nos transistores de porta tripla, a análise do ruído foi realizada nos transistores tensionados e convencionais operando em saturação e, de forma geral, a tensão mecânica piora o ruído de baixa frequência em uma ordem de grandeza para o transistor estreito, ocorrendo apenas uma melhora quase imperceptível num transistor largo ou quase planar. Na análise do ruído para os transistores rotacionados para a região linear, apresentaram dependência 1/f, com o ruído governado pela flutuação do número de portadores associado à flutuação na mobilidade: a tensão mecânica piora o ruído, entretanto, adicionando a rotação do substrato, ocorre uma melhora do ruído devido à redução das armadilhas de interface, ocasionando numa melhor interface lateral. Para dispositivos largos, o plano de topo sofre um aumento da concentração das armadilhas, piorando a interface superior devido a rotação do substrato, resultando um pior ruído. Nas características analógicas, os transistores de MuGFETs de porta tripla com tensão mecânica e substrato rotacionado foram estudados, onde a rotação do substrato em 45º mais a presença da tensão mecânica promoveram uma piora nos resultados, principalmente na transcondutância, onde a piora variou de 45 % até 15 %, para um dispositivo estreito (20 nm ) e um largo (870 nm). / This work presents a study of the uniaxial and biaxial mechanical stress effect on low frequency noise in planar and three-dimensional SOI transistors (triple gate) with different crystal orientation, and an study of analog parameters in planar and for triple gate MuGFET. In planar transistor, the study of low frequency noise showed an improvement in low frequency noise for strained transistors in saturation regime, regardless of the channel length, however for the linear regime, the mechanical stress only reduced the noise in a small channel length (160nm). In the analog characteristics was used the feature of two-dimensional numerical simulation for the expansion of the results. The results shows that the strained transistors are capable to promoting a better performance in transconductance in a order at least 40%, indicating for a long channel lengths (910nm) an improvement of 56% in favor of biaxial stress and the opposite to uniaxial (45%) (160nm), however in the output conductance, the mechanical stress promotes higher degradation, ranging from 3% to uniaxial transistor and 105% for biaxial transistor. The intrinsic voltage gain, the strained transistors improved the performance, but in this case a best result was found for the biaxial strain reaching 5 dB. In triple gate transistors, the analysis of noise was performed on strained and conventional operating in saturation, and generally the worsening of mechanical stress on the low frequency noise in a order of magnitude for the marrow transistor, occurring only barely perceptible improvement seen in wider transistor or quasi-planar. The noise analysis for rotated transistors in linear region, showed a 1/f noise characteristic governed by the carrier number of fluctuations associated with fluctuations in mobility, the mechanical stress worsens the noise, however, by adding the substrate rotation occurs improves noise due to reduction of interface traps leading to a better sidewall interface. For larger devices the top plane suffer an increase of interface traps, worsening the top interface due to rotation of the substrate, causing a worse noise. In the analog characteristics, the triple gate MuGFETs transistors with mechanical stress and rotated substrate were studied, where the rotation of the substrate in 45º plus mechanical stress promoted a worsening of the results, particularly in the transconductance, where the worsening ranged from 45% up to 15% for a narrow device (20 nm) and a large (870 nm).

Orientador: José Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_AngelicaDenardide_D.pdf: 3021280 bytes, checksum: 8f60fdfa3cbdfc2f485daac1670de328 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a obtenção e caracterização de filmes finos de óxido de titânio (TiOx) e de óxido de zinco (ZnO) para aplicações em sensores baseados em transistores de efeito de campo elétrico sensíveis a íons (Ion Sensitive Field Effect Transistor- ISFET) e de ondas acústicas de superfície (Surface Acoustic Waves - SAW), respectivamente. Desta forma, dois diferentes tipos de sensores foram obtidos. O primeiro é o sensor químico ISFET, cujos óxidos de porta foram os filmes de TiOx. Os filmes de Ti foram depositados sobre substrato de Si através do método de evaporação por feixe de elétrons, e, através do método de pulverização catódica (sputtering). Em seguida foram oxidados em forno térmico de processamento rápido (RTP). A caracterização estrutural ocorreu através de elipsometria, de microscopia de força atômica, de espectroscopia Raman, de difração de raios-X e de espectroscopia de absorção de raios-X próximo da borda, constatando a estrutura cristalina tetragonal referente à forma rutilo do TiO2. A caracterização elétrica da melhor amostra através da curva C-V demonstrou constante dielétrica igual a 8, densidade de estados na interface da ordem de 10-10eV-1.cm-2 e densidade de corrente da ordem de 10-4A/cm2. O MOSFET apresentou tensão Early da ordem de kV, e, resistência de saída da ordem de M?. Este dispositivo possui tensão de limiar igual a 0,30V, corrente de fuga da ordem de 10-8A e transcondutância igual a 12?S. O ISFET apresentou sensibilidade em corrente de 63?A/pH e sensibilidade em tensão equivalente a 64mV/pH, valor que encontra-se próximo do esperado de 59mV/pH (limite de Nernst). O segundo sensor é baseado em ondas acústicas de superfície. Esta tese se dedicou na integração deste sensor sobre substrato de Si, que não sendo piezelétrico impossibilita a geração de ondas acústicas. Como alternativa, o ZnO, que é piezelétrico, foi depositado sobre um filme fino de SiO2 sobre Si, tornando viável a confecção de dispositivos do tipo SAW e permitindo o estudo do transporte de cargas aprisionadas nos mínimos e máximos do potencial piezelétrico gerado pelo óxido de zinco sobre o Si. O filme de ZnO depositado por sputtering foi analisado por difração de raios-X apresentando orientação cristalina hexagonal na direção (0002). A onda acústica foi analisada através dos parâmetros de espalhamento de rede e por interferometria. Na interface SiO2/Si, onde ocorre o transporte acústico, o campo piezelétrico vale 0,56kV/cm. O valor da velocidade de propagação da onda acústica é igual a 4243m/s (obtida por simulação, considerando a frequência de ressonância dos IDTs igual a 750MHz, e o comprimento de onda acústico igual a 5,6?m). O transporte de pares elétrons-lacunas gerados por laser foi detectado na região de coleção de cargas da junção lateral p-i-n para distâncias superiores a 50?m e para valores de PRF entre -10dBm e 0dBm. Isto resultou na eficiência de coleção de pares em até 12% (laser sobre a junção), e de 3,5% com o laser 50?m distante da junção. O desenvolvimento destes sensores sobre substrato de Si permitirá a integração com circuitos de condicionamento de sinais fabricados em tecnologia CMOS / Abstract: The aim of this work is to obtain and characterize thin titanium oxide (TiOx) films and zinc oxide (ZnO) films for applications in sensors based on ion sensitive field effect transistors (ISFET) and surface acoustic waves (SAW), respectively. In this way, two different types of sensors were obtained. The first is the chemical sensor ISFET, with TiOx as gate oxides. Ti films were deposited on Si substrate by electron beam evaporation and sputtering. Then, the Ti films were oxidized in rapid thermal processing oven (RTP). The Structural characterization occurred through ellipsometry, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and x-ray absorption near edge spectroscopy, denoting the tetragonal crystal structure of the rutile form of TiO2. Electrical characterization of the best sample through the C-V curve showed dielectric constant equal to 8, interface states density in the order of 10-10eV-1.cm-2 and current density of the order of 10-4/cm2. The MOSFET presented Early voltage in the order of kV, and output resistance in order of M?. This device has threshold voltage equal to 0.30V, leakage current on the order of 10-8A and transconductance equal to 12?S. The ISFET presented current sensitivity equal to 63?A/pH and voltage sensitivity equivalent to 64mV/pH, which is close to the expected 59mV/pH determined by the Nernst limit. The second sensor is based on surface acoustic waves. This thesis was devoted to the integration of this sensor on the Si substrate, which is not piezoelectric and therefore doesn't allow the generation of acoustic waves. Alternatively, the ZnO which is piezoelectric, when deposited on a thin film of SiO2 on Si, make possible the manufacture of SAW devices and allows the study of carriers transport trapped in the minimum and maximum of the piezoelectric potential generated by the zinc oxide on Si. The ZnO film deposited by sputtering was analyzed by x-ray diffraction showing hexagonal crystalline orientation in the direction (0002). The acoustic wave was analyzed through the network analyzer (scattering parameters) and the interferometer. In SiO2/Si interface, where transport occurs, the piezoelectric field is 0, 56kV/cm. the value of the acoustic wave propagation speed is equal to 4243m/s (obtained by simulation, considering the IDTs resonance frequency equal to 750MHz and the acoustic wavelength equal to 5.6?m). The carrier transport of electrons-holes generated by the incidence of a laser was detected in the collection region of the lateral p-i-n junction for distances exceeding 50 ?m and PRF values between-10dBm and 0dBm. This resulted in a collection efficiency up to 12% (laser on the junction), and 3.5% when the laser was 50?m away from the junction. The development of these sensors on Si substrate will allow integration with signal conditioning circuits manufactured in CMOS technology / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutora em Engenharia Elétrica

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 aborda o estudo de transistores por efeito de campo orgânicos (OFETs do inglês, Organic Feld-Effect Transistors). Entender o comportamento da carga acumulada no canal do OFET, a qual é responsável pelo processo de condução elétrica no dispositivo, é de grande importância para ajudar a melhorar sua eficiência ou a propor um modelo teórico que descreva o comportamento do transistor em todos os seus regimes de operação. Vários trabalhos na literatura investigam o campo elétrico na camada semicondutora do transistor (ao longo do canal) gerado pela acumulação de cargas, porém nenhum investiga o campo na camada dielétrica de OFETs, que é diretamente proporcional à carga acumulada no canal. Investigou-se inicialmente o campo elétrico na camada dielétrica do dispositivo por meio da espectroscopia vibracional por Geração de Soma de Frequências (espectroscopia SFG do inglês, Sum-Frequency Generation). Espectros SFG obtidos nos dispositivos polarizados exibiram uma banda em ~1720 cm-1, devido ao grupo carbonila da camada dielétrica orgânica (PMMA – poli(metil metacrilato)), cuja a amplitude foi proporcional à voltagem de porta aplicada, indicando que esses grupos polares foram orientados sob ação do intenso campo elétrico no dispositivo. Esse sinal SFG induzido pelo campo pode ser devido a duas contribuições, um termo não linear de segunda ordem (devido à reorientação molecular) e outro de terceira ordem (interação entre os campos ópticos e o campo estático no volume do material). Observamos uma redução quase completa do sinal SFG em altas temperaturas (próximas da Tg do polímero dielétrico), indicando que o mecanismo de reorientação molecular é o responsável pelo sinal SFG gerado. Foram realizadas então medidas preliminares de microscopia SFG para mapear esse sinal SFG ao longo do canal de OFETs a base dos polímeros N2200 (semicondutor) e PMMA (dielétrico). Os resultados conseguem demonstrar a variação da densidade de carga acumulada no canal quando o dispositivo está polarizado e próximo à saturação. Usando Microscopia por Modulação de Carga (microscopia CMM do inglês, Charge Modulation Microscopy), que é outro método não invasivo para investigar a acumulação de cargas em um dispositivo operando, mapeamos a distribuição de carga no canal desses OFETs com alta resolução espacial (sub-micrométrica). Além disso, uma simulação da densidade de carga esperada e dos perfis de CMM foi realizada usando um modelo ambipolar para OFETs. Com base nessas simulações, propusemos uma modulação de onda quadrada do OFET, que permite uma comparação mais direta dos perfis de CMM com o perfil de densidade de carga ao longo do canal do transistor. Usando o esquema proposto, esses perfis foram medidos e comparados com o esperado com base no modelo ambipolar. Em geral os perfis de densidade de carga obtidos concordam bem com o modelo, usando apenas um único parâmetro global ajustável, exceto muito próximo do eletrodo de dreno e no regime de saturação profunda, quando os experimentos apresentam um artefato devido à eletro-absorção e não permitem uma comparação precisa com o modelo. Portanto, espera-se que esta Tese tenha contribuído para o avanço de técnicas de caracterização da distribuição de carga em OFETs, e assim melhorar o entendimento de seus mecanismos de funcionamento. / This Thesis deals with the study of Organic Field Effect Transistors (OFETs). Understanding the behavior of the accumulated charge along the OFET channel, which is responsible for the electrical conduction process in the device, is of great importance for improving its efficiency or proposing a theoretical model that describes the behavior of the transistor in all its operating regimes. Several studies in the literature investigate the electric field in the semiconductor layer of the transistor (along the channel) generated by the charge accumulation, but none investigates the field in the OFET dielectric layer, which is directly proportional to the charge accumulated in the channel. The electric field in the dielectric layer of the device was initially investigated by Sum-Frequency Generation (SFG) vibrational spectroscopy. SFG spectra obtained in the polarized devices exhibited a band at ~ 1720 cm-1, due to the carbonyl group of the organic dielectric layer (PMMA - poly (methyl methacrylate)), whose amplitude was proportional to the applied gate voltage, indicating that these polar groups were oriented by the intense electric field in the device. This field-induced SFG signal may be due to two contributions, a second order non-linear term (due to molecular reorientation) and a third order term (interaction between the optical fields and the static field in the material volume). We observed an almost complete reduction of the SFG signal at high temperatures (close to the Tg of the dielectric polymer), indicating that the molecular reorientation mechanism is responsible for the generated SFG signal. Preliminary SFG microscopy measurements were performed to map this SFG signal along the channel of OFET fabricated with N2200 (semiconductor) and PMMA (dielectric) polymers. The results demonstrate the variation of the accumulated charge density along the channel when the device is polarized and close to saturation. Using Charge Modulation Microscopy (CMM), which is another noninvasive method to investigate the accumulation of charges in an operating device, we mapped the charge distribution in the channel of these OFETs with high spatial resolution (sub-micrometer). In addition, a simulation of the expected charge density and CMM profiles was performed using an ambipolar model for OFETs. Based on these simulations, we proposed a square-wave modulation of the OFET, which allows a more direct comparison of the CMM profiles with the charge density profile. Using the proposed scheme, these profiles along the transistor channel were measured and compared with those expected from the ambipolar model. In general, the obtained charge density profiles agree well with the model, using only a single global adjustable parameter, except very close to the drain electrode and in the deep saturation regime, when the experiments have an artifact due to the electro-absorption and do not allow a precise comparison with the model. Therefore, it is expected that this Thesis has contributed to the advancement of techniques to characterize the charge distribution in OFETs, and thus improve the understanding of its operating mechanisms. Keywords: Field-effect transistors. Organic electronics. Nonlinear optics. Sum-frequency generation. Polarization of dielectrics. Charge modulation microscopy. Metal-insulator-semiconductor capacitor.

O uso de materiais orgânicos em dispositivos eletrônicos, além de menor custo e facilidade de processamento, permite obter flexibilidade e transparência. Entretanto, para que a aplicação comercial desses materiais seja viável, os processos que ocorrem nos dispositivos ainda precisam ser mais bem compreendidos, visando maior eficiência e tempo de vida. É de grande importância o estudo das interfaces entre o semicondutor orgânico e os contatos metálicos, onde ocorre transferência de portadores de carga, e a interface com o dielétrico em transistores orgânicos (OFETs), onde se forma o canal de condução. As interfaces de dispositivos eletrônicos poliméricos foram estudadas, utilizando-se Espectroscopia SFG (do inglês Sum Frequency Generation). Esta técnica obtém um sinal com a soma das frequências de dois feixes incidentes sobrepostos, em um processo seletivo a meios onde não há simetria de inversão, como no caso de interfaces. Com aplicação de um feixe de excitação na região visível e outro sintonizável no infravermelho médio, a espectroscopia SFG fornece um espectro vibracional da interface e permite o estudo do ordenamento e da orientação dos grupos moleculares. Foram construídos e analisados OFETs de poli-3-hexiltiofeno (P3HT) preparados sobre substrato de vidro ou silício, utilizando como isolante óxido de silício e/ou poli-metil-metacrilato (PMMA). Foram obtidos espectros in situ do canal de OFETs em operação, observando pequenas alterações na forma de linha, porém a baixa relação sinal/ruído não permitiu obter conclusões detalhadas. Foi constatada a manifestação de bandas da camada isolante de PMMA como consequência da aplicação de campo elétrico. Este fenômeno foi considerado como uma nova ferramenta para estudar a distribuição de cargas e campo elétrico no canal de transistores. Não foram detectados sinais de degradação irreversível no polímero semicondutor a curto prazo, e a mudança de comportamento elétrico foi atribuída majoritariamente a dopagem por oxigênio absorvido no material. / The usage of organic materials in electronic devices allows not only low cost and ease of processing but also flexibility and transparency. However, to achieve viable commercial application, the processes involved on the devices operation must still be better comprehended, aiming for improved efficiency and life time. There is great importance in the study of the interfaces between organic semiconductors and metallic contacts, where charge transfer takes place, and between the dielectric and semiconductor layers of organic transistors (OFETs), where the conducting channel is formed. The interfaces in polymeric electronic devices were studied by SFG spectroscopy (Sum Frequency Generation). In this technique, a signal with frequency that equals the sum of those of two incident beams is generated in a process only allowed in media without inversion symmetry, such as interfaces. Using a visible excitation beam and a tunable infrared one, SFG spectroscopy yields a vibrational spectrum of the interface and provides information about the conformation and orientation of molecular groups. Poly-3-hexylthiophene (P3HT) OFETs were fabricated using glass or silicon substrates and silicon oxide and/or poly-methyl-methacrylate (PMMA) for the dielectric layer. SFG spectra were acquired in situ from the channel region of operating OFETs, observing small changes in lineshape, but low signal-to-noise ration did not allow a detailed interpretation. It was found that PMMA vibrational bands appeared when polarizing the device. This phenomenon was considered a new tool for studying the electric field and charge distribution along transistor channels. It was not noted any sign of short term irreversible degradation of the semiconducting polymer, and the change in the electrical behavior was attributed mainly to doping of the polymer by oxygen absorbed in the material.

O uso de materiais orgânicos em dispositivos eletrônicos, além de menor custo e facilidade de processamento, permite obter flexibilidade e transparência. Entretanto, para que a aplicação comercial desses materiais seja viável, os processos que ocorrem nos dispositivos ainda precisam ser mais bem compreendidos, visando maior eficiência e tempo de vida. É de grande importância o estudo das interfaces entre o semicondutor orgânico e os contatos metálicos, onde ocorre transferência de portadores de carga, e a interface com o dielétrico em transistores orgânicos (OFETs), onde se forma o canal de condução. As interfaces de dispositivos eletrônicos poliméricos foram estudadas, utilizando-se Espectroscopia SFG (do inglês Sum Frequency Generation). Esta técnica obtém um sinal com a soma das frequências de dois feixes incidentes sobrepostos, em um processo seletivo a meios onde não há simetria de inversão, como no caso de interfaces. Com aplicação de um feixe de excitação na região visível e outro sintonizável no infravermelho médio, a espectroscopia SFG fornece um espectro vibracional da interface e permite o estudo do ordenamento e da orientação dos grupos moleculares. Foram construídos e analisados OFETs de poli-3-hexiltiofeno (P3HT) preparados sobre substrato de vidro ou silício, utilizando como isolante óxido de silício e/ou poli-metil-metacrilato (PMMA). Foram obtidos espectros in situ do canal de OFETs em operação, observando pequenas alterações na forma de linha, porém a baixa relação sinal/ruído não permitiu obter conclusões detalhadas. Foi constatada a manifestação de bandas da camada isolante de PMMA como consequência da aplicação de campo elétrico. Este fenômeno foi considerado como uma nova ferramenta para estudar a distribuição de cargas e campo elétrico no canal de transistores. Não foram detectados sinais de degradação irreversível no polímero semicondutor a curto prazo, e a mudança de comportamento elétrico foi atribuída majoritariamente a dopagem por oxigênio absorvido no material. / The usage of organic materials in electronic devices allows not only low cost and ease of processing but also flexibility and transparency. However, to achieve viable commercial application, the processes involved on the devices operation must still be better comprehended, aiming for improved efficiency and life time. There is great importance in the study of the interfaces between organic semiconductors and metallic contacts, where charge transfer takes place, and between the dielectric and semiconductor layers of organic transistors (OFETs), where the conducting channel is formed. The interfaces in polymeric electronic devices were studied by SFG spectroscopy (Sum Frequency Generation). In this technique, a signal with frequency that equals the sum of those of two incident beams is generated in a process only allowed in media without inversion symmetry, such as interfaces. Using a visible excitation beam and a tunable infrared one, SFG spectroscopy yields a vibrational spectrum of the interface and provides information about the conformation and orientation of molecular groups. Poly-3-hexylthiophene (P3HT) OFETs were fabricated using glass or silicon substrates and silicon oxide and/or poly-methyl-methacrylate (PMMA) for the dielectric layer. SFG spectra were acquired in situ from the channel region of operating OFETs, observing small changes in lineshape, but low signal-to-noise ration did not allow a detailed interpretation. It was found that PMMA vibrational bands appeared when polarizing the device. This phenomenon was considered a new tool for studying the electric field and charge distribution along transistor channels. It was not noted any sign of short term irreversible degradation of the semiconducting polymer, and the change in the electrical behavior was attributed mainly to doping of the polymer by oxygen absorbed in the material.