OFET: transistores de efeito de campo orgânicos flexíveis e econômicos

OFET (Transistores de Efeito de Campo Orgânico) são transistores particulares construídos com compostos de carbono e exploram as propriedades condutoras ou semicondutoras de materiais orgânicos de forma semelhante ao que acontece em transistores inorgânicos de filme fino. Embora os desempenhos dos materiais orgânicos não sejam comparáveis ​​aos dos semicondutores clássicos, uma série de vantagens particulares os tornam muito interessantes. Em primeiro lugar, os baixos custos de produção.

Tecnologias de fabricação de transistores orgânicos

Existem diferentes tecnologias de fabricação para OFETs, na verdade, estes podem ser fabricados através da evaporação a vácuo de pequenas moléculas, ou através do procedimento de fundição de solução, que envolve a produção de filmes poliméricos. Além disso, a deposição de materiais pode fazer uso de procedimentos simples e econômicos, como spin-coating ou impressão; superando as fases difíceis das técnicas litográficas, indispensáveis ​​para a realização de semicondutores tradicionais.

A tecnologia de fabricação de maior sucesso para esses dispositivos é o filme fino. Uma técnica desenvolvida deliberadamente, a partir da década de 1960, para materiais de baixa condutividade e em particular para semicondutores inorgânicos feitos com silício amorfo. Portanto, isso é adequado para fazer dispositivos de base sólida intrinsecamente desordenados com baixa mobilidade de elétrons, como semicondutores orgânicos.

A outra qualidade relevante é a possibilidade de realizar todo o processo de fabricação sem recorrer a altas temperaturas. Isso permite usar uma grande variedade de substratos, como vidro e plástico ou tecidos de vários tipos. Os OFETs podem, portanto, ser feitos em substratos flexíveis e transparentes, aumentando o número de aplicações possíveis.

Princípio de funcionamento dos OFETs

Os transistores de efeito de campo são compostos por três partes fundamentais: a fonte , que recebe a corrente; a porta , que regula a saída; e o dreno , que descarrega a corrente do transistor. A tensão aplicada ao portão regula a corrente de saída no dreno. O fluxo de corrente através de um OFET é determinado pelos portadores de carga presentes no semicondutor orgânico e na camada dielétrica. Quando uma pequena tensão é aplicada entre a porta e a fonte (Vgs), uma série de lacunas (portadores de cargas positivas) se acumulam no material. À medida que a tensão aumenta, muitas dessas lacunas se formam, aumentando a condutividade do semicondutor orgânico.

Mecanismo de condução em transistores orgânicos

Em semicondutores padrão, os portadores de carga se movem em estados deslocalizados. Por outro lado, devido à baixa condutividade do material, isso não ocorre em OFETs, onde ocorre o fenômeno de salto. Ou seja, foi hipotetizado que em tais materiais o transporte ocorre por meio de saltos de portadora entre estados localizados . Em outras palavras, em cristais desorganizados, buracos e elétrons saltam entre as moléculas . Portanto, esse mecanismo de transporte é chamado de hopping , um efeito de tunelamento induzido por fônons (quanta de vibração).

Aplicações do OFET: eletrônica de grandes superfícies

Em muitos casos são necessários dispositivos eletrônicos distribuídos em superfícies muito grandes, nesta circunstância os MOSFETs tradicionais não são absolutamente adequados devido às altas temperaturas e pequenas superfícies exigidas pelo processo de fabricação do silício. Uma alternativa válida é fornecida pelos componentes orgânicos que, ao contrário, são capazes de se distribuir uniformemente na superfície, explorando um processo com temperatura mais baixa.

De fato, os pontos fortes da eletrônica baseada em OFET são principalmente o baixo custo de fabricação, a cobertura de uma grande área , a possibilidade de obter dispositivos flexíveis e o uso de substratos de vidro baratos. Essas vantagens abrem caminho para uma ampla gama de aplicações, desde displays flexíveis até a criação de células solares orgânicas, onde é necessária uma área de cobertura estendida a um custo muito baixo.

A compatibilidade do processo com substratos de vidro permitiu a integração de transistores orgânicos em circuitos de controle para endereçamento de pixels em displays AMOLED orgânicos . Outra aplicação possibilitada pela flexibilidade dos OFETs é a dos tecidos eletrônicos: os dispositivos são integrados às fibras têxteis criando interconexões que podem ser condutoras ou isolantes conforme a necessidade, de modo a criar tecidos que atuam como circuitos.

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