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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Aplicação de novos materiais em transistores de efeito de campo ferroelétricos
Author: Silva, Silésia de Fátima Curcino da
First Advisor: Marletta, Alexandre
First member of the Committee: Guarany, Cristiano Alves
Second member of the Committee: Laureto, Edson
Summary: Neste trabalho, foi feito um estudo das propriedades elétricas do polieletrólito PSS na forma sódica (PSS-Na - poliestireno sulfônico na forma sódica), ácida (PSS-H - poliestireno sulfônico na forma ácida) e Fe3+, com o objetivo de aplicação em transistores de efeito de campo ferroelétrico (Fe-FET). O PSS-Na foi adquirido da Aldrich® e o PSS-H foi obtido utilizando uma coluna de troca iônica contendo a resina catiônica Amberlite IRA-120, também adquirido da Aldrich. O Fe(PSS)3 foi obtido adicionando Fe(OH)3 na solução de PSS-H. Os filmes foram depositados sobre FTO (óxido de estanho dopado com flúor) com layout do tipo JFET em substrato de vidro (BK7). A técnica de deposição utilizada foi a casting com L da solução do material e evaporado em estufa a vácuo. Amostras foram também processadas na forma de FTO/polieletrólito/FTO para estudo da capacitância. As caracterizações foram realizadas através de voltametria cíclica em solução, Interferometria a laser, corrente em função do tempo, densidade de corrente em função do campo, corrente em função da tensão aplicando uma voltagem de gate, curva de transferência (ID x VG) com tensão de dreno (VD) constante. Através das caracterizações elétricas realizadas pode-se notar que a amostra de PSS-Na apresentou um valor de capacitância da ordem de 1000 vezes menor que as outras amostras, o que lhe confere uma menor capacidade de armazenamento de carga comparando com o PSS-H e Fe(PSS)3. O Fe(PSS)3 apresentou maior valor de permissividade dielétrica. Somente PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram comportamento ferroelétrico, sendo o último com uma curva mais característica. O PSS-Na não apresentou processos de polarização de dipolos, enquanto que o PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram picos de polarização de dipolos e regiões de NDR (Negative Differential Resistance). A aplicação de uma tensão de gate negativa ocasiona um aumento significativo na corrente de dreno, enquanto que para tensões positivas ocasionam o estreitamento do canal condutor, reduzindo a corrente de dreno. A amostra de PSS-Na não apresentou estados on (de maior condutividade) e off (de menor condutividade), devido a ausência de propriedades de polarização permanente. Já o PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram distinção entre os dois estados. Somente o Fe(PSS)3 apresentou propriedade de retenção de dados. Os estados on e off do PSS-H e Fe(PSS)3 não foram definidos para os potenciais de gate positivos devido ao fato que o dispositivo se comporta como um transistor de junção bipolar. Este fato conduz a conclusão que os dispositivos só funcionam como memória para tensões de gate negativo. As amostras apresentaram valores de mobilidade baixos, conferindo a elas uma menor velocidade de resposta com a aplicação do campo elétrico externo. Finalmente, o layout trabalhado se mostrou propício para ser utilizado em estudo de propriedades elétricas de materiais, e a amostra de Fe(PSS)3 apresentou melhores parâmetros para aplicações em dispositivos do tipo Fe-FET.
Abstract: In this work, we investigated the electrical properties of the polyelectrolyte PSS in its sodium form (PSS-Na, Polystyrene sulfonic in the sodium form) and acid form (PSS-H, polystyrene sulfonic in the acid form) and also doped with Fe3+ for application in Ferroelectric Field Effect Transistors (Fe-FET). The PSS-Na was acquired from Aldrich® and PSS-H was obtained through an ion exchange using the PSS-Na. The Fe(PSS)3 was obtained by adding Fe(OH)3 in solution of PSS-H. The films were deposited on FTO (tin oxide doped with fluorine) with a JFET layout-type on substrate of glass. The deposition technique used was the casting. Samples were also processed in the form of FTO/polyelectrolyte/FTO for the study of capacitance. The characterization was performed by cyclic voltammetry in solution, laser interferometry, current versus time, current density versus function of electric field applying a gate voltage, transfer curve (ID x VG) with fixed drain voltage (VD). Electrical characterizations show that the sample PSS-Na showed capacitance values of ~ 1000 times smaller than the other samples, which gives a smaller charge storage capacity compared with PSS-H and Fe(PSS)3. The Fe(PSS)3 showed higher value of dielectric permittivity. Only PSSH and Fe(PSS)3 showed ferroelectric behavior, exhibiting the former in a more characteristic curve. The PSS-Na did not show polarization dipoles, while PSS-H and Fe(PSS)3 showed peak polarization dipoles and NDR areas (Negative Differential Resistance). The application of negative gate voltage (VG) causes a significant increase in the drain current (ID), while a positive voltage causes a narrowing of the conductor channel, reducing the ID. PSS-Na did not show on state (highest conductivity) and off state (lower conductivity) due the absence of permanent polarization properties. However, PSS-H and Fe(PSS)3 showed distinction between the two states. Only the Fe(PSS)3 showed the property of retention of data. The on and off states of PSS-H e Fe(PSS)3 are not defined for positive gate voltage due the fact that the device behaves as a Bipolar Junction Transistor. This fact lead us to believe that the devices function as memory only for negative gate voltages. The samples showed low values of mobility, giving them a low speed of response with application of external electric field. Finally, the layout worked showed propitious for study of electrical properties of materials and the Fe(PSS)3 samples showed the best parameters for applications in devices like Fe-FET.
Keywords: Poliestireno sulfônico
Transistor de efeito de campo de junção
Polystyrene sulfonic acid
Field effect transistor
Poliestireno - Propriedades elétricas
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Ciências Exatas e da Terra
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Quote: SILVA, Silésia de Fátima Curcino da. Aplicação de novos materiais em transistores de efeito de campo ferroelétricos. 2012. 105 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15647
Date of defense: 27-Jul-2012
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