Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-03-21T19:41:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO MALANA FINAL.pdf: 2413280 bytes, checksum: 40727bc7ff951331cb16c7c787dd0919 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T19:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO MALANA FINAL.pdf: 2413280 bytes, checksum: 40727bc7ff951331cb16c7c787dd0919 (MD5) Previous issue date: 2016-07-28 / Capes / Transistores bipolares de junção - TBJ possuem uma característica inerente à sua construção física que é o fator de amplificação do sinal produzido, ou seja, amplificação da corrente. Fótons de megavoltagem, ao interagirem com o material semicondutor são capazes de produzir o que é chamado de fotocorrente, ao mesmo tempo em que provocam danos na estrutura cristalina do transistor. O objetivo desta dissertação foi caracterizar o TBJ do tipo BC846 para feixes de fótons de megavoltagem com a finalidade de entender o comportamento deste dispositivo para que futuramente seja desenvolvido um novo método dosimétrico visando complementar os métodos já existentes. O estudo concerniu em caracterizar um TBJ para se analisar como tal dispositivo eletrônico pode ser utilizado como detector de radiação no modo ativo, isto é, em mensurar em tempo real a dose, taxa de dose, dependência energética, e os efeitos direcional e de tamanho de campo de irradiação. Os experimentos foram realizados utilizando um simulador de placas de água sólida com o transistor posicionado no eixo central do feixe em uma profundidade de 5 cm, tamanho de campo padrão, 10 x 10 cm², e uma distância fonte-superfície de 100 cm. Os resultados mostram que o TBJ pode funcionar como detector em feixes de radioterapia desde que seja obedecido certos critérios técnicos relacionados ao comportamento elétrico do dispositivo antes e durante a irradiação. Uma perda percentual média de ±3% na sensibilidade do dispositivo foi registrada após cada irradiação. Essa variação guarda uma proporcionalidade com a dose absorvida e foi encontrada resposta semelhante mesmo com transistores que possuem diferentes fatores de amplificação da corrente. / Bipolar Junction Transistor - BJT have a characteristic inherent to their physical construction, which is the amplification factor of the produced signal, i.e., current amplification. Megavoltage photons interacting with the semiconductor material are capable of producing what is called photocurrent, while causing damage to the crystalline structure of the transistor. The aim of this work was to characterize the BJT type BC846 for MV photon beams in order to understand the behavior of this mechanism to be developed in the future a new dosimetric method to complement existing methods. The study's concerned characterization of a BJT to be analyzed as such electronic device may be used as a radiation detector in the active mode, i.e., measuring in real time the dose, dose rate, energy dependence, and directional effects and size radiation field. The experiments were performed using a solid water phantom with the transistor positioned at the central axis of the beam at a depth of 5 cm, standard field size, 10 x 10 cm², and a source-surface distance of 100 cm. The results show that the BJT may function as a detector in radiotherapy beam since certain technical criteria are met related to the electrical behavior of the device before and during the irradiation. An average percentage loss of ± 3% in the device sensitivity was recorded after each irradiation. This variation is in proportion to the dose absorbed and one can see similar response even with transistors having different amplification factors of the current.

Das Hauptziel dieser Arbeit war ursprünglich die Umsetzung des Konzeptes des Bipolartransistors mit organischen Halbleitern. Obwohl dieses elektronische Bauteil eine Grundfeste klassischer Elektronik darstellt, war es bislang nicht möglich Stromverstärkung mit organischen Halbleitern nachzuweisen. Das Prinzip des Bipolartransistors ist eng verknüpft mit der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger. Aufgrund der amorphen Struktur typischer organischer Materialien, sind Diffusionsprozesse in der Regel stark unterdrückt. Eine mögliche Lösung sind organische Halbleiterkristalle, welche aufgrund ihrer Ordnung signifikant längere Diffusionslängen gewährleisten sollten. Der erste Teil dieser Arbeit untersucht Wachstumsmethoden unterschiedlicher Kristallkonfiguration des Halbleiters Rubrene in Dünnschichtform. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf dem Einfluss von Dotierung auf den Kristallisationsprozess. Drei der Kristallphasen werden auf optimale Reproduzierbarkeit optimiert und umfangreich mit strukturellen Methoden untersucht. Die Strukturanalyse wird erweitert durch Untersuchungen des vertikalen Leitungsverhaltens der unterschiedlichen Kristallphasen in reiner, lochdotierter und elektronendotierter Form. Dünne Schichten aus Rubrene in der triklinen Kristallform zeigen hierbei Rekordwerte für die vertikale Beweglichkeit. Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht elektronische Bauelemente basierend auf diesen Kristallen. Zunächst werden organische Schottky, pn und pin Dioden analysiert sowie der Einfluss der einzelnen Schichten auf die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente. Als eine mögliche Anwendung dieser Dioden werden Halbwellengleichrichter untersucht, welche im Bereich über 1 GHz operieren können. Diese stellen somit die zur Zeit schnellsten organischen Halbleiterbauelemente dar. Des Weiteren werden organische Feldeffekttransistoren in lateraler und vertikaler Ausführung untersucht, um den Nutzen dieser Kristallschichten für moderne Transistorkonzepte zu verdeutlichen. Schlussendlich werden Konzepte zur Realisierung eines organischen Bipolartransistors untersucht. Darauf basierend wird das erste Bauelement dieser Art vorgestellt, welche funktionierende Stromverstärkung zeigt. Dies stellt den ersten Schritt in der Untersuchung einer neuen Klasse an organischen Bauelementen dar. Des Weiteren bietet es neue Möglichkeiten der Untersuchung fundamentaler Eigenschaften, im Speziellen im Bezug auf Minoritätsladungsträgerdiffusion. / The main motivation of this thesis was originally the realization of the Organic Bipolar Junction Transistor (OBJT), an electronic device that has not been shown in literature yet. Its functionality is intimately tied to minority charge carrier diffusion. However, diffusion lengths are usually low in amorphous organic semiconductors. Thus, methods regarding the growth and doping of thin-flms of crystalline rubrene crystals are investigated. The higher degree of order provided by crystals makes longer diffusion lengths possible. The first part of this thesis studies the growth of different crystal polymorphs of rubrene on various substrates and changing conditions, including the infuence of doping on the growth process. Three crystal phases are optimized for reproducible processing and investigated via structural measurements. The analysis of the crystal properties is followed up by a study of vertical conduction properties of pristine, p-doped, and n-doped crystals. All three types of crystals are successfully doped. The analysis reveals record-high vertical charge carrier mobilities for the triclinic polymorph of the thin-film form of rubrene. The second part of this thesis presents electronic devices based on these layers. At first, organic Schottky, pn, and pin diodes are discussed, including the influence of the individual layers on the electric properties. As an exemplary application, half-wave rectifier operating in the GHz-regime are studied, representing the fastest organic electronic device to date. Furthermore, Organic Field-Effect Transistors (OFETs) and Vertical Organic Field-Effect Transistors (VOFETs) based on these crystalline thin-őlms are made, showing promising properties in the field of vertical transistor designs. The last chapter presents investigations of several designs, stacks, and geometries regarding OBJTs. The worlds first functioning OBJT is developed, showing ampliőcation of the input-current. It is the őrst step towards an entirely new class of organic devices, offering not only new technological opportunities but new aspects of physics in regard to minority carrier diffusion as well. / Hłowny zaměr tutoho doktorskeho dzěła je realizacija prěnjeho bipolarneho transistora na zakładźe organiskich połwodźakow. Byrnjež je tuta komponenta jedna z najwažnišich a najstaršich w polu klasiskeje elektroniki, njeběše hač dotal móžno priběranje sylnosće na zakładźe milinoweho pruda pokazać. Princip bipolarneho transistora je wusko zwjazany z konceptom diffuzije minoritnych nabitkow. Organiske materialije su zwjetša amorfne, štož na difuziju bazowace procesy potłóči. Problem hodźi so rozrisać hdyž so wužija organiske połwodźace kristale kotřiž jich wjetšeho porjada dla, dlěšu difuziju zmóžnja. Prěni dźěl dźěła wopisa wšelakore konőguracije kristalow organiskeho połwodźa-ka rubren w formje ćenkich worštow. Wosebity fokus leži při tym na dotěrowanju kristalow a wliw dotanta na kristalizaciju. Tři wuzwolene polymorfy so op-timěruja a wobšěrnje strukturelnje přepytuja. Dale so elektriske kajkosće wšěch třoch kristalnych fazow přepytuja na zakładźe intrinsiskich, p-dotěrowanych a n-dotěrowanych kristalow. Trikliniske kristale pokazuja rekordne hódnoty za wertikalnu pohibliwosć. Druhi dźěl wobjednawa elektroniske komponenty na bazy tutych kristalow.Schottky, pn a pin diody na zakładźe rubrena so prezentuja, kaž tež wliw jed-notliwych worštow na elektriske kajkosče. Jako prikład so jednore wusměrjaki pokazaja, kotřriž hodźa we wobłuku ultra-wysokich frekwencow nałožować. Potajkim jedna so wo najspěšniše organiske komponenty po nětcišim stawje wedomosće. Dale so organiske transistory na bazy pólneho efekta přepytuja, kotřiž pokazaja hódnosć tutych worštow za elektroniske komponenty kotřiž wužija lateralny a wertikalny transport zromadnje. Posledni dźěl wobjednawa eksperimenty na polu organiskich bipolarnych transistorow. Wopisa so prěni organiski elektroniski element, kiž pokaza posylnjenje signala na zakładźe miliny. Je to prěni krok přepytowanja noweje klasy organiskeje elektroniki, kiž skiči nowe metody přepytowanja fundamentalnych procesow w tutych materialijach.

Thesis (Ph. D.)--Carleton University, 2003. / Includes bibliographical references (p. 114-127). Also available in electronic format on the Internet.

Os efeitos da radiação ionizante em dispositivos eletrônicos é uma preocupação crescente na tecnologia de semicondutores, especialmente devido à contínua redução dos dispositivos e ainda maior, quando são destinados para uso em ambientes agressivos com alta radiação, tais como missões espaciais, aceleradores de partículas ou reatores nucleares. Dentre os vários efeitos causados pela radiação ionizante em dispositivos eletrônicos está aquele devido à Dose Acumulada (Total Ionizing Dose - TID), o qual a acumulação de danos de radiação no dispositivo muda seu funcionamento normal. O TID causado por fótons em transístores já foi estudado no Brasil, mas o efeito de prótons num transistor bipolar, apresentado neste trabalho é um trabalho pioneiro no país. As curvas características de um transistor 2N3733 foram medidas antes, durante e após a irradiação de prótons entre 1,5 e 3,8 MeV, para quantificar as alterações das especificações elétricas do dispositivo. Nestas energias, há uma correlação direta entre a mudança na resposta elétrica e a energia do próton, exceto em algumas energias específicas, onde o pico de Bragg ocorreu perto das junções ou no meio do cristal de silício, demonstrando a importância da correta caracterização da camada de passivação em estudos de TID em dispositivos eletrônicos. A recuperação dos transistores irradiados após o recozimento a 50°C durante 8 horas também foi maior para aqueles irradiados nessas energias. Existe um limite superior de dose para o qual não foi observada alteração significativa do transistor. Este limite, da ordem de Grad, excede a maioria das aplicações em ambientes terrestres, mas está dentro do intervalo esperado para missões espaciais a Júpiter ou em grandes aceleradores de partículas. / The effect of ionizing radiation on electronic devices is a growing concern in semiconductor technology, especially due to the continuous reduction of the devices and even greater when they are intended for use in aggressive environments with high radiation, such as space missions, particle accelerators or nuclear reactors. Among the various effects caused by ionizing radiation on electronic devices are the effects due to Total Ionizing Dose (TID), in which the accumulation of radiation damage in the device changes its normal functioning. The TID caused by photons has already been studied in Brazil, but the effect of protons on a bipolar transistor, presented in this work is a pioneer work in the country. The characteristic curves of a 2N3733 transistor were measured before, during and after proton irradiation between 1.5 and 3.8 MeV, to quantify changes of the electrical specifications of the device. At these proton energies, there is a direct correlation between the change in the electric response to the proton energy, except at some specific energies where the Bragg peak occurred near the junctions or in the middle of the silicon crystal, demonstrating the importance of the correct characterization of the passivation layer in TID studies of electronic devices. The recovery of transistors irradiated after annealing at 50 ° C for 8 hours was also higher for those irradiated at these energies. There is an upper dose limit for which no alteration of the transistor was observed. This limit, of the order of Grad, exceeds most applications in terrestrial environments, but is within the expected range for space missions to Jupiter or large particle accelerators.

Os efeitos da radiação ionizante em dispositivos eletrônicos é uma preocupação crescente na tecnologia de semicondutores, especialmente devido à contínua redução dos dispositivos e ainda maior, quando são destinados para uso em ambientes agressivos com alta radiação, tais como missões espaciais, aceleradores de partículas ou reatores nucleares. Dentre os vários efeitos causados pela radiação ionizante em dispositivos eletrônicos está aquele devido à Dose Acumulada (Total Ionizing Dose - TID), o qual a acumulação de danos de radiação no dispositivo muda seu funcionamento normal. O TID causado por fótons em transístores já foi estudado no Brasil, mas o efeito de prótons num transistor bipolar, apresentado neste trabalho é um trabalho pioneiro no país. As curvas características de um transistor 2N3733 foram medidas antes, durante e após a irradiação de prótons entre 1,5 e 3,8 MeV, para quantificar as alterações das especificações elétricas do dispositivo. Nestas energias, há uma correlação direta entre a mudança na resposta elétrica e a energia do próton, exceto em algumas energias específicas, onde o pico de Bragg ocorreu perto das junções ou no meio do cristal de silício, demonstrando a importância da correta caracterização da camada de passivação em estudos de TID em dispositivos eletrônicos. A recuperação dos transistores irradiados após o recozimento a 50°C durante 8 horas também foi maior para aqueles irradiados nessas energias. Existe um limite superior de dose para o qual não foi observada alteração significativa do transistor. Este limite, da ordem de Grad, excede a maioria das aplicações em ambientes terrestres, mas está dentro do intervalo esperado para missões espaciais a Júpiter ou em grandes aceleradores de partículas. / The effect of ionizing radiation on electronic devices is a growing concern in semiconductor technology, especially due to the continuous reduction of the devices and even greater when they are intended for use in aggressive environments with high radiation, such as space missions, particle accelerators or nuclear reactors. Among the various effects caused by ionizing radiation on electronic devices are the effects due to Total Ionizing Dose (TID), in which the accumulation of radiation damage in the device changes its normal functioning. The TID caused by photons has already been studied in Brazil, but the effect of protons on a bipolar transistor, presented in this work is a pioneer work in the country. The characteristic curves of a 2N3733 transistor were measured before, during and after proton irradiation between 1.5 and 3.8 MeV, to quantify changes of the electrical specifications of the device. At these proton energies, there is a direct correlation between the change in the electric response to the proton energy, except at some specific energies where the Bragg peak occurred near the junctions or in the middle of the silicon crystal, demonstrating the importance of the correct characterization of the passivation layer in TID studies of electronic devices. The recovery of transistors irradiated after annealing at 50 ° C for 8 hours was also higher for those irradiated at these energies. There is an upper dose limit for which no alteration of the transistor was observed. This limit, of the order of Grad, exceeds most applications in terrestrial environments, but is within the expected range for space missions to Jupiter or large particle accelerators.