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Publicação
Effect of eco-friendly solvents in solution-based AlOx dielectrics at low temperature
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Solution-based amorphous metal oxides have been lately used as one of the main options
to develop transparent and flexible electronics with good performances at low cost. As time goes
by, a necessity to preserve the environment emerged, so it is an urgent need to find eco-friendly
materials. This work has the purpose of developing solution-based aluminium oxide (AlOx) thin
films using eco-friendly solvents and low temperature processes. Thin films structural and
electrical properties were analysed and characterized systematically. Beyond, the application of
these thin films as high-κ dielectrics in flexible substrates has been developed, once the low
annealing temperatures become compactible with the flexible substrates. The electric properties
of each thin film processed conditions were measured resorting to capacitors with a dimension of
0.2 mm2
. AlOx capacitors with a 0.2 M concentration, 2-methoyethanol (2-ME) as solvent and an
annealing temperature of 300 °C were developed. These devices showed a dielectric constant of
5.0 ± 0.2 and a leakage current of (1.8 ± 2.0) ᵡ 10-4 A/cm2
. Since, these standard capacitors use
a health hazardous solvent, eco-friendly solvents such as 1-methoxy-2-propanol and ethanol
were tested. They exhibited a dielectric constant of 7.9 ± 0.1 and 8.4 ± 0.1, respectively. However,
the devices present a higher leakage current density compared to 2-ME capacitors. To apply
them in flexible substrates a different method using a low thermal annealing at 150 °C assisted
by DUV (deep-ultraviolet) irradiation for 60 minutes was performed. The resultant AlOx devices
presented a dielectric constant of 6.0 ± 0.3 at 1 kHz and a leakage current of (8.1 ± 9.9) ᵡ 10-4
A/cm2 at 0.5 MV/cm. To finalize, as proof of concept, In2O3/AlOx thin film transistors (TFTs) were
successfully developed achieving better characteristics the devices annealed at 300 °C.
Os óxidos metálicos amorfos baseados em solução têm sido usados recentemente como uma das principais opções para desenvolver a eletrónica transparente e flexível com bom desempenho e baixo custo. Com o passar do tempo, surgiu a necessidade de preservar o meio ambiente, por isso é urgente encontrar materiais ecológicos. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver filmes finos de óxido de alumínio (AlOx) à base de solução utilizando solventes ecológicos e processos de baixa temperatura. As propriedades estruturais e elétricas dos filmes finos foram analisadas e caracterizadas sistematicamente. Além disso, a aplicação desses filmes finos como materiais de alta constante dielétrica (κ) em substratos flexíveis tem sido desenvolvida, uma vez que as baixas temperaturas de recozimento se tornam compatíveis com os substratos flexíveis. As propriedades elétricas de cada condição processada de filme fino foram medidas com recurso a condensadores com uma dimensão de 0.2 mm2 . Os condensadores de AlOx com concentração de 0.2 M, 2-metoxietanol (2-ME) como solvente e temperatura de recozimento de 300 °C foram desenvolvidos. Esses dispositivos mostraram uma constante dielétrica de 5.0 ± 0.2 e uma corrente de fuga de (1.8 ± 2.0) ± 10-4 A/cm2 . Desde então, esses condensadores padrão usam um solvente perigoso para a saúde, solventes ecológicos, como 1-metoxi-2-propanol e etanol foram testados. Eles exibiram uma constante dielétrica de 7.9 ± 0.1 e 8.4 ± 0.1, respetivamente. No entanto, os dispositivos apresentam uma densidade de corrente de fuga maior em comparação com os condensadores com 2-ME. Para aplicá-los em substratos flexíveis, foi realizado um método diferente usando um recozimento térmico a baixa temperatura, 150 °C assistido por irradiação DUV (ultravioleta profundo) por 60 minutos. Os dispositivos de AlOx resultantes apresentaram uma constante dielétrica de 6.0 ± 0.3 a 1 kHz e uma corrente de fuga de (8.1 ± 9.9) ± 10-4 A/cm2 a 0.5 MV/cm. Para finalizar, como prova de conceito, os transístores de filme fino In2O3/AlOx (TFTs) foram desenvolvidos com sucesso, alcançando melhores características que os dispositivos recozidos a 300 °C.
Os óxidos metálicos amorfos baseados em solução têm sido usados recentemente como uma das principais opções para desenvolver a eletrónica transparente e flexível com bom desempenho e baixo custo. Com o passar do tempo, surgiu a necessidade de preservar o meio ambiente, por isso é urgente encontrar materiais ecológicos. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver filmes finos de óxido de alumínio (AlOx) à base de solução utilizando solventes ecológicos e processos de baixa temperatura. As propriedades estruturais e elétricas dos filmes finos foram analisadas e caracterizadas sistematicamente. Além disso, a aplicação desses filmes finos como materiais de alta constante dielétrica (κ) em substratos flexíveis tem sido desenvolvida, uma vez que as baixas temperaturas de recozimento se tornam compatíveis com os substratos flexíveis. As propriedades elétricas de cada condição processada de filme fino foram medidas com recurso a condensadores com uma dimensão de 0.2 mm2 . Os condensadores de AlOx com concentração de 0.2 M, 2-metoxietanol (2-ME) como solvente e temperatura de recozimento de 300 °C foram desenvolvidos. Esses dispositivos mostraram uma constante dielétrica de 5.0 ± 0.2 e uma corrente de fuga de (1.8 ± 2.0) ± 10-4 A/cm2 . Desde então, esses condensadores padrão usam um solvente perigoso para a saúde, solventes ecológicos, como 1-metoxi-2-propanol e etanol foram testados. Eles exibiram uma constante dielétrica de 7.9 ± 0.1 e 8.4 ± 0.1, respetivamente. No entanto, os dispositivos apresentam uma densidade de corrente de fuga maior em comparação com os condensadores com 2-ME. Para aplicá-los em substratos flexíveis, foi realizado um método diferente usando um recozimento térmico a baixa temperatura, 150 °C assistido por irradiação DUV (ultravioleta profundo) por 60 minutos. Os dispositivos de AlOx resultantes apresentaram uma constante dielétrica de 6.0 ± 0.3 a 1 kHz e uma corrente de fuga de (8.1 ± 9.9) ± 10-4 A/cm2 a 0.5 MV/cm. Para finalizar, como prova de conceito, os transístores de filme fino In2O3/AlOx (TFTs) foram desenvolvidos com sucesso, alcançando melhores características que os dispositivos recozidos a 300 °C.
Descrição
Palavras-chave
Aluminum oxide eco-friendly solvents low temperature high-κ dielectrics flexible substrates thin film transistors