Estudo do transporte misto em transistores eletroquímicos orgânicos de PEDOT:PSS - Colucci, Renan (2021)
Um dos grandes diferenciais dos materiais semicondutores orgânicos é sua habilidade de suportar, em determinadas situações, transporte eletrônico e iônico simultaneamente. Essa habilidade possibilitou tais condutores mistos a serem aplicados com grande sucesso em dispositivos de interesse biológico. Um exemplo é o transistor eletroquímico orgânico (OECT). Esse dispositivo é formado por uma camada semicondutora orgânica, delimitada por dois eletrodos (fonte e dreno), que forma o canal do transistor. Esta camada fica em contato com uma solução eletrolítica, que contém um eletrodo denominado porta. Durante a operação, aplica-se uma tensão no eletrodo porta, o que induz troca iônica entre o polímero e o eletrólito. Isso altera o estado de dopagem do canal, levando a uma mudança na corrente extraída entre fonte-dreno. Um dos principais pontos de interesse é o de aprimorar o desempenho destes dispositivos, a partir da compreensão das propriedades fundamentais do material do canal, e como ele se comporta na presença de diferentes íons. Para tal estudo, foram confeccionados OECTs com poli(3,4-etileno dioxitiofeno):poliestireno sulfonado (PEDOT:PSS) como camada ativa. A resposta elétrica e morfológica dos OECTs foi caracterizada utilizando diversos eletrólitos aquosos, com concentração de 100 mM, a saber: NH4Cl, KCl, NaCl, CaCl2 e MgCl2. Os resultados demonstram que íons com menor raio iônico e maior esfera de hidratação resultam em dispositivos com maior fator de mérito (μC*). Uma vez que filmes de PEDOT:PSS absorvem água, analisamos a diferença entre a quantidade de água absorvida para as diferentes espécies iônicas. Os resultados demonstram que a quantidade de água cresce seguindo a mesma ordem do fator de mérito e este aumento é de aproximadamente 100% quando comparamos os resultados extremos. Além disso, realizamos um estudo da capacitância volumétrica em função da espessura do filme, com o intuito de avaliar a influência da espécie iônica na sua profundidade de penetração no volume do canal. Observamos que a capacitância volumétrica decai para espessuras superiores a 800 nm quando utilizamos KCl e superiores a 1200 nm para MgCl2. Deste modo, nossos resultados demonstram que a natureza da espécie iônica tem impacto importante na resposta dos dispositivos. Essa compreensão é indispensável para busca/desenvolvimento de novos materiais para compor a camada ativa do dispositivo e para a compreensão dos mecanismos biológicos.