Estudo de dispositivos eletrônicos e opto-eletrônicos a base de semicondutores orgânicos utilizando a ressonância magnética detectada eletricamente - Luna, Jorge Antonio Gómez (2009)
Este trabalho de tese apresenta novas evidências experimentais que ajudam no conhecimento atual das propriedades de transporte em semicondutores orgânicos, aprofundando o conhecimento dos processos de condução dependentes de spin em dispositivos eletrônicos baseados nestes materiais. O trabalho apresentado pode ser dividido em dois temas principais, o primeiro relacionado ao aumento das qualidades espectroscópicas da técnica de ressonância magnética detectada eletricamente (RMDE) por meio de um estudo da dependência do sinal vetorial de RMDE em função da freqüência do campo magnético de modulação. O segundo tema, encontrase relacionado aos efeitos de campos magnéticos externos na condutividade de semicondutores orgânicos. Através de uma análise de fase cuidadosa do sinal vetorial de RMDE foi demonstrado que o espectro de RMDE de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) baseados em alumínio (III) 8-hidroxiquinolina (\'Alq IND. 3\') pôde ser separado em dois sinais componentes com fatores-g de: \'g IND. h\'= 2,007 e \'g IND. e\'= 2,0035. O espectro de RMDE de OLEDs baseados em \'Alq IND. 3\' foi atribuído ao processo de formação de éxcitons, e os sinais componentes foram atribuídos ao par precursor do éxciton, um à ressonância em ânions de \'Alq IND. 3\', enquanto que o outro a estados catiônicos no \'Alq IND. 3\'. Foi demonstrado que a utilização de diferentes freqüências de modulação de campo magnético aumenta a resolução temporal do sistema de detecção de RMDE, não influenciando os valores dos parâmetros espectroscópicos dos sinais. Desta forma, foi observado que os sistemas ou processos dependentes de spin diferentes que dão origem ao sinal de RMDE de OLEDs baseados em \'Alq IND. 3\', têm uma diferença entre os tempos de resposta menor que 6.0 x \'10 POT. -7\'s. Neste trabalho se propõe um modelo de circuito para simular a origem do sinal de RMDE de OLEDs baseados em \'Alq IND. 3\'. Os resultados deste modelo têm uma grande concordância com os resultados experimentais, observando-se que os dois sistemas ou processos de spin diferentes que dão origem ao sinal, podem ser representados por uma combinação paralela de capacitâncias e \"resistores\" que tomam a forma de funções gaussianas em condições de ressonância magnética. A generalidade deste modelo indica que ele poderia ser utilizado em outros problemas de transporte dependentes de spin de outros dispositivos eletrônicos orgânicos, inorgânicos ou híbridos (inorgânico-orgânico). Resultados de estudos de RMDE de OLEDs baseados em \'Alq IND. 3\', dopados e não dopados, em baixas temperaturas (até 100 K), mostraram que no OLED dopado com rubreno pode existir um mecanismo de formação de éxcitons similar ao já observado para o OLED dopado com DCM-TPA, indicando que o mecanismo de formação de éxcitons no OLED dopado com rubreno seria uma reação direta entre um elétron no \'Alq IND. 3\' com um buraco aprisionado no dopante. Foram observados efeitos do campomagnético na condutividade de dispositivos baseados em semicondutores orgânicos demonstrando a ocorrência do fenômeno de magneto-resistência (MR) em dispositivos orgânicos e híbridos (orgânico-inorgânico). Estes estudos mostraram que a melhor forma de detecção destes efeitos é através do monitoramento da resistência em função do tempo sob a aplicação de campos magnéticos externos. Para os dispositivos baseados em \'Alq IND. 3\', OLEDs dopados e não dopados e um dispositivo e-only, foi observada somente MR negativa, enquanto que para um dispositivo h-only foi observado um novo efeito quase constante e positivo. Para campos magnéticos aplicados de até 1 T, os dispositivos unipolares mostraram baixos efeitos de campo magnético na condutividade alcançando MR de até 0,08%, enquanto que os OLEDs mostraram efeitos maiores alcançando MR de até 3,2%. Apesar do mecanismo exato que origina os efeitos de campo magnético na condutividade de semicondutores orgânicos ainda permanecer desconhecido, os resultados apresentados neste trabalho indicam que este fenômeno não está relacionado com a formação de éxcitons.