Study of electronic and optical properties of polimeric films and polimeric devices.

Nesse trabalho apresentamos o estudo das propriedades ópticas e elétricas de filmes e dispositivos eletrônicos de polímeros luminescentes, poli(p-fenilenovinilenos) - PPVs, semicondutores, polianilinas - PANI, e derivados desses dois polímeros. São apresentadas todas as etapas de preparação e caracterização dos dispositivos, desde as rotas de síntese dos polímeros, até a modelagem de dispositivos eletroluminescentes e de transistores de efeito de campo. Os filmes luminescentes foram caracterizados por propriedades de absorção e emissão ópticas, e função pseudo-dielétrica, mostrando dependência com a presença de grupos laterais. Filmes de PANI, por sua vez, foram caracterizados através de medidas de condutividade complexa, e os resultados obtidos mostram-se típicos de sistemas sólidos desordenados. Para interpretá-las, foi utilizado o modelo de distribuição aleatória de barreiras de energia livre (random free energy barrier model - RFEB) aplicado como ajuste aos resultados experimentais. Outra característica importante dos PPVs, estudada nessa tese, foi à degradação em condições ambientais sob iluminação. Esse efeito foi acompanhado por medidas de absorção óptica e de elipsometria, mostrando que a combinação dos efeitos do oxigênio e da luz é a principal responsável pela degradação desse material. Para explicar tal efeito, elaboramos um modelo baseado nas propriedades individuais dos cromóforos do polímero e na substituição de ligações vinílicas C=C por ligações carbonilas C=O, cuja comparação com os resultados experimentais forneceu uma estimativa para a fração degradada do polímero como função do tempo de iluminação. Foram caracterizados dispositivos emissores de luz de PPVs através de medidas corrente vs. tensão e de condutividade complexa, que através do ajuste por modelos de circuitos equivalentes e pelo modelo RFEB forneceu grandezas fundamentais como a resistividade e a constante dielétrica da camada polimérica. Finalizando, transistores de efeito de campo de poli(o-metoxianilina) - POMA (um derivado da PANI) apresentaram modulação pela tensão de porta, e um modelo baseado nas propriedades de condução da POMA levando-se em conta gradientes de mobilidade e de densidade de portadores ortogonais à superfície do polímero foi elaborado e se ajustou muito bem aos resultados experimentais.In this thesis we report the electrical and optical characterization of polymeric thin-film and luminescent and electronic devices. The studied materials were the luminescent poly(p-phenylenevinylenes) - PPVs, semiconducting polyanilines - PANI and their derivatives. All the steps in the material preparation are described: the synthesis and the film preparation. Also, the technological details of the fabrication of the devices, light-emitting diodes (LEDs) and field-effect transistor (FETs), are presented. Luminescent films were studied by optical absorption and emission and by ellipsometry measurements, giving emphasis on the influence of lateral groups. The PANI films were electrically investigated by the analysis of the complex conductivity, whose results were adjusted by the random free energy barrier model used for disordered solids. Another important investigation was related to the photodegradation of the luminescent polymers, a deleterious effect owing to a concomitant action of oxygen and light. To explain such effect we proposed a model based on the properties of individual cromophores of the molecules, and in the incorporation of ketone groups (C=O), cleaving the vinyl C=C bonds. The luminescent devices were electrically and optically characterized. The current density vs. voltage and complex impedance were fit by macroscopic models taking into account a hopping process, and an equivalent circuit was also used to study ITO/polymer/metal structures. Finally, the field-effect transistor made by poly(o-methoxyaniline) were experimentally studied and a model that assumes gradients of carrier density and mobility orthogonal to the film surface fit with good agreement the ISD vs. VSD for different gate voltages, VG