Fabricacion de transistores organicos en aulas docentes

Los trabajos de laboratorio en las asignaturas de dispositivos electrónicos consisten en general en la simulación o caracterización eléctrica de dispositivos comerciales. Difícilmente se aborda en dichas prácticas la fabricación real de dispositivos electrónicos activos. Como mucho se fabrican elementos pasivos, tales como resistencias o condensadores. Las razones son obvias, para la fabricación de dispositivos electrónicos con razonables prestaciones eléctricas se necesitan equipos de proceso que en la mayoría de los casos no existen ni en los propios grupos de investigación de las universidades.

En este artículo describiremos la fabricación de un transistor de efecto de campo en capa delgada utilizando procesos tecnológicos simples que pueden realizarse en equipos relativamente económicos.

Los dispositivos se fabricarán utilizando semiconductores orgánicos de pequeña molécula. El
pentaceno (C22H14), molécula consistente en cinco anillos de benceno enlazados formando una cadena aromática, es uno de los candidatos más prometedores, y será el utilizado para la fabricación de nuestros dispositivos, aunque también pueden utilizarse pigmentos como la ftalocianina de cobre (CuPc) o fulereno (C60). Los dispositivos finales tendrán áreas de contacto (del orden de los milímetros) suficientemente grandes para ser caracterizados y manipulados con cierta facilidad.

Descripción del proceso de fabricación
La estructura de los dispositivos fabricados se muestra en la figura 1. En la figura 1a se presenta un esquema del transistor, consistente en vidrio/metal/PMMA/pentaceno/oro, así como una foto con los dispositivos fabricados (figura 1b). El substrato consiste un vidrio, por ejemplo un porta objetos de microscopio, aunque también podría utilizarse un plástico o cualquier superfície suficientemente plana. A continuación se deposita por evaporación térmica una capa de metal que actuará como electrodo de puerta (Gate). El proceso continua mediante el depósito de polimetil metacrilato (PMMA), polímero que realizará la función de dieléctrico. El PMMA se deposita por spin-coating con el fin de conseguir una superfície uniforme. El semiconductor orgánico, pentaceno en nuestro caso, se deposita a continuación mediante una máscara de sombra. Finalmente se deposita mediante evaporación térmica el contacto de oro, que delimitará los contactos de drenador (Drain) y fuente (Source).


La utilización de una máscara de sombra nos permite aislar los dispositivos, así como delimitar la longitud y anchura del canal del transistor. En nuestro caso hemos utilizado máscaras de sombra que es posible adquirirlas en compañías especializadas (www.labelcomat.be). La capa delgada de pentaceno se deposita mediante evaporación térmica en un equipo que describiremos a continuación. El material base, pentaceno en polvo, fue proporcionado por la compañía Sigma–Aldrich (www.sigmaaldrich.com).

El electrodo de aluminio fue también depositado por evaporación térmica a partir de filamento de oro. En nuestro caso utilizamos oro proporcionado por la compañía Goodfellow (www.goodfellow.com). Los nombres de las compañías se mencionan a título de ejemplo, puesto que son varias las que ofertan los diferentes compuestos.

El equipo utilizado para el depósito del semiconductor, pentaceno, y del contacto superior,
aluminio, consiste de los siguientes subequipos:

• Campana de evaporación. En nuestro caso la campana de evaporación es de vidrio y de dimensiones 20 cm de diámetro de base por 25 cm de altura.
  

• Equipo de vacío, que consiste en una bomba mecánica en serie con una bomba turbomolecular.

En la figura se muestra la campana de evaporación utilizada. También se puede observar uno de los crisoles utilizados para la evaporación de los materiales. El semiconductor orgánico y los electrodos se evaporan térmicamente utilizando crisoles moldeados manualmente a partir de una chapa de molibdeno de 50 micras de grosor. Las temperaturas de evaporación para los materiales utilizados son bastante moderadas. La temperatura de fusión para el pentaceno es de 300ºC, mientras que el oro funde a 1000ºC. Para la delimitación de los contactos metálicos, tanto el pentaceno, como el contacto de oro fueron evaporados a través de una máscara metálica a la que previamente se habían delimitado los contactos de drenador y fuente. En la figura se observa a alumnos de segundo ciclo utilizando el sencillo equipo de depósito de semiconductores orgánicos.



Fuente: http://romulo.det.uvigo.es/revista/RITA/site/200902/uploads/IEEE-RITA.2009.V4.N1.A10.pdf