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Aluno de doutorado do IFGW tem trabalho destacado na capa da revista Advanced Electronic Materials

O artigo “High electrical anisotropic multilayered self-assembled films based on graphene oxide and PEDOT:PSS” foi destaque em umas das capas da edição de agosto/2021 da revista Advanced Electronic Materials (IF: 7,3), sendo desenvolvido pelo aluno de doutorado Gabriel Gaál (bolsa FAPESP 2017/19862-3) durante o período que passou em Portugal trabalhando com o Professor Henrique L. Gomes, com apoio de uma bolsa BEPE (FAPESP  2019/16249-4). O trabalho é parte do projeto de doutorado do aluno, sob orientação do Professor Varlei Rodrigues (DFA/IFGW). O trabalho ainda contou com a colaboração da Drª Maria Luisa Braunger e do Professor Antonio Riul Jr (DFA/IFGW).  

Nesse trabalho relatamos a fabricação e caracterização de arquiteturas automontadas compostas por óxido de grafeno reduzido (rGO) e poli (3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS) embutidos em uma matriz isolante de polietilenoneimina (PEI) e poli (ácido acrílico) (PAA). As interações intermoleculares espontâneas no processo de automontagem permitem que as camadas depositadas sejam ordenadas dinamicamente em uma direção específica, criando materiais altamente anisotrópicos. O filme multicamadas formado por estes materiais foi depositado sobre eletrodos interdigitados de ouro (IDEs) fabricados em colaboração com o Laboratório de Microfabricação do LNNano/CNPEM. Após a deposição sobre os IDEs, deposita um contato elétrico de prata é depositado sobre o filme, permitindo o estudo das propriedades elétricas nas direções planar (entre os dígitos de ouro) e interplanar (entre os dígitos e o eletrodo de Ag). A condutividade medida na direção planar é 5 ordens de magnitude acima do valor observado na direção interplanar, resultando na maior razão anisotrópica relatada até o momento para materiais na forma de multicamadas. Os processos eletrônicos envolvidos no transporte de carga são diferentes nas duas direções, sendo ativado termicamente (Ea = 33 meV) ao longo das fases condutoras alinhadas na direção planar, e via variable range hopping (VRH) na direção interplanar, apresentando uma energia de ativação de 1,0 eV. 

Exploramos esse elevado comportamento anisotrópico em uma nova arquitetura de transistor orgânico, onde o filme multicamadas opera simultaneamente como a camada dielétrica e como canal semicondutor, figura 1. Sucintamente, utilizamos a direção planar como canal de condução, e a direção interplanar como material isolante, modulando a corrente planar através do campo elétrico aplicado na direção perpendicular ao plano de condução. O dispositivo apresentou transporte de carga ambipolar, com transporte dominante de portadores tipo-n e mobilidade de efeito de campo de 4,0 cm2V-1s-1. O dispositivo apresenta uma tensão de arranque nula, o que significa que opera como um transistor livre de defeitos. Estes defeitos são extremamente deletérios para a estabilidade de transistores orgânicos e são, em geral, provenientes da interface entre o material dielétrico e o canal semicondutor do dispositivo. Essa nova arquitetura de transistor marca um primeiro passo, não apenas como ferramenta de caracterização elétrica, mas, mais importante, como estratégia de fabricação de dispositivos que, uma vez otimizada, pode auxiliar a superar o grande desafio enfrentado por transistores de filmes finos (TFT, do inglês Thin Film Transistor), como por exemplo a falta de materiais isolantes adequados para integração em um processo de  totalmente escalonável. 

Figura 1. Ilustração do dispositivo proposto para o estudo da anisotropia elétrica do filme multicamadas, e as conexões elétricas feitas para a caracterização do material na nova geometria de transistor de efeito de campo. 

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