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Outra Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) In the face of environmental issues and aiming at electronic devices of rapid production at low cost, this doctoral thesis proposed two new and innovative approaches to obtain substrates, dielectrics, and electrodes from a single biopolymer: cellulose. In a first moment, a simple approach to produce low-cost flexible ionic conductive cellulose mats (ICCMs) using solution blow spinning (SB-Spinning) is reported. The electrochemical properties of the ICCMs were adjusted through infiltration with alkali hydroxides (LiOH, NaOH, or KOH), which enabled of ICCMs application as dielectric and substrate in oxidebased field effect transistors (FETs) and pencil-drawn resistor-loaded inverters. The FETs showed good electrical performance under operating voltage

Zinc oxide nanoparticles (ZnO NP) used for the channel region in inverted coplanar setup in Thin Film Transistors (TFT) were the focus of this study. The regions between the source electrode and the ZnO NP and the drain electrode were under investigation as they produce a Schottky barrier in metal-semiconductor interfaces. A more general Thermionic emission theory must be evaluated: one that considers both metal/semiconductor interfaces (MSM structures). Aluminum, gold, and nickel were used as metallization layers for source and drain electrodes. An organic-inorganic nanocomposite was used as a gate dielectric. The TFTs transfer and output characteristics curves were extracted, and a numerical computational program was used for fitting the data, hence information about Schottky Barrier Height (SBH) and ideality factors for each TFT could be estimated. The nickel metallization appears with the lowest SBH among the metals investigated. For this metal and for higher drain-to-source voltages, the SBH tended to converge to some value around 0.3 eV. The developed fitting method showed good fitting accuracy even when the metallization produced different SBH in each metal-semiconductor interface, as was the case for gold metallization. The Schottky effect is also present and was studied when the drain-to-source voltages and/or the gate voltage were increased.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Fundo Mackenzie de Pesquisa Advances in printing technologies have transformed the field of electronics and sensors. The implementation of new materials and the constant development of standardization techniques, flexible electronic devices, and easy to produce have proved to be increasingly viable, being an alternative with more prominence and research. Thus, it is possible to replace rigid silicon electronics with new flexible integrated circuits that require low production costs and high reliability. Carbon-based materials have proved to be the most promising in this regard; among them is graphene, the first 2D material to be isolated from a graphite sample. The material has attracted researchers' attention for its excellent thermal, mechanical, optical, and electrical properties. As it is a monatomic thick material, its difficulty in handling, transferring, and manufacturing on a large scale are still challenging. Based on this, its graphene oxide derivative (GO) can be manufactured on a large scale, adhering to different materials and surfaces, and manipulated with ease and flexibility without affecting its physical properties. The reduction process can subsequently occur chemically, thermally, or by photoreduction to obtain reduced graphene oxide (rGO), which has structures and properties like those of graphene, allowing the creation of conductive patterns on different substrates. This work presents the fabrication of flexible conductive patterns of rGO by laser on a nitrocellulose membrane. The thin films of GO were manufactured through a vacuum filtration system where the best results are obtained using a volume of 3 mL and a concentration of 1 mg/mL on a nitrocellulose membrane with 0.2 µm pores as a substrate. The conductive patterns of rGO were made by two CW laser (λ = 488 and 532 nm) with a power of 20 mW, and a pulsed laser (λ = 405 nm), a frequency of 20 kHz and an optical power of 3 mW. In the laser reduction of graphene oxide, there is no need to use any chemical product, which contributes to green chemistry, that is, positively affecting the environment and can be transferred to other substrates. The minimum sheet resistance obtained from reduced graphene oxide with laser was 162.5 ± 18.7 Ω/sq. Os avanços nas tecnologias de impressão têm transformado o campo da eletrônica e dos sensores. Devido à implementação de novos materiais e ao constante desenvolvimento de técnicas de padronização, o desenvolvimento de dispositivos flexíveis e de fácil produção tem se demonstrado cada vez mais viável, sendo uma alternativa com mais destaque e pesquisa. Assim, é possível a substituição de eletrônicos rígidos de silício por novos circuitos integrados flexíveis que requerem baixo custo de produção e alta confiabilidade. Os materiais a base de carbono têm se demonstrado os mais promissores neste quesito, entre eles está o grafeno, primeiro material 2D a ser isolado a partir de uma amostra de grafite. O material tem atraído mais a atenção de pesquisadores por suas excelentes propriedades térmicas, mecânicas, ópticas e elétricas. Por ser um material de espessura monoatômica, a sua dificuldade de manipulação, transferência e fabricação em grande escala ainda são desafiantes. Com base nisto, seu derivado óxido de grafeno (GO) pode ser fabricado em grande escala, podendo ser aderido a diferentes materiais e superfícies e manipulado com facilidade e flexibilidade sem que isto afete significativamente as suas propriedades físicas. O processo de redução pode ocorrer posteriormente de forma química, térmica ou por fotorredução, para a obtenção de óxido de grafeno reduzido (rGO), o qual apresenta estruturas e propriedades similares às do grafeno, possibilitando a criação de padrões condutores em diferentes substratos. Neste trabalho é apresentada a fabricação de padrões condutores flexíveis de rGO por laser em filmes de GO sobre uma membrana de nitrocelulose. Os filmes finos de GO foram fabricados através de um sistema de filtração a vácuo onde os melhores resultados foram alcançados com volume de 3 mL e concentração de 1 mg/mL, em uma membrana de nitrocelulose com poros de 0,2 µm como substrato. Os padrões condutores de rGO foram obtidos por dois lasers CW (λ = 488 e 532 nm) com potência de 20 mW, e um laser pulsado (λ = 405 nm), frequência de 20 kHz e potência média de 3 mW. No processo de redução a laser do óxido de grafeno, não há a necessidade da utilização de nenhum produto químico, o que contribui para uma química verde, ou seja, afetando positivamente ao meio ambiente, podendo ser transferido para outros substratos. A resistência elétrica mínima de folha obtida de óxido de grafeno reduzido com laser foi de 162,5 ± 18,7 Ω/sq.

elementares da eletrônica orgânica, vêm sendo desenvolvidos e integrados para realização de dispositivos eletrônicos de baixo custo, alto volume e flexíveis. Nesta tese foi proposta uma tecnologia para a construção de OFETs sobre substrato flexível e a caracterização destes dispositivos foi feita. Transistores com diferentes comprimentos de canal (L= 5, 10, 20 e 40 μm) foram construídos e avaliados. As características e configuração do poli (álcool vinílico) (PVA) como dielétrico de porta foram definidas através da otimização da reticulação, grau de hidrólise e peso molecular. O PVA utilizado como dielétrico de porta foi de alto peso molecular, hidrolização incompleta e reticulado com dicromato de amônia. O desafio de compatibilização entre os filmes de PVA e poli (3-hexiltiofeno) (P3HT) com diferentes polaridades foi superado e abriu caminho para construção de OFETs e capacitores, estes últimos usados para extrair a capacitância por unidade de área do conjunto PVA-P3HT. Os processos desenvolvidos de fotolitografia e de oxidação por plasma de oxigênio possibilitaram a construção de transistores flexíveis inéditos de Ni-P3HT-PVA-Al com uma arquitetura top-gate, bottom-contacts. Os transistores apresentaram boas características de saída, baixa tensão de operação (< |-6 V|), boa mobilidade (0,015 cm2/V*s) e razões ION/IOFF aceitáveis (~300). A resistência de contato e mobilidade efetiva foram obtidas através do método de linhas de transmissão. Uma boa estabilidade temporal foi atingida, porém ocorreram instabilidades na operação quando os transistores foram testados. A corrente do transistor não se manteve estável, primeiramente aumentou e depois diminuiu com a realização de sucessivas medidas. As razões deste comportamento foram discutidas. Inversores foram demonstrados e caracterizados. O aperfeiçoamento da tecnologia desenvolvida possibilitará a construção de circuitos orgânicos analógicos e digitais para aplicações cotidianas que demandem baixo custo e alto volume. Organic field effect transistors (OFETs), the elementary components of organic electronics, are constantly developed and integrated to realize low cost, high volume, flexible electronic devices. In this thesis a technology for creating OFETs on flexible substrates is proposed and their characterization is performed. Flexible transistors with different channel lengths (L= 5, 10, 20 and 40 μm) were built and evaluated. The characteristics and configurations of the poly (vinyl alcohol) (PVA) as gate dielectric were defined through the optimization of crosslinking, the degree of hydrolysis and the molecular weight. The chosen PVA is cross-linked with ammonium dichromate, has a high molecular weight and incomplete hydrolization. The challenge of integrating polymers of different polarities: PVA and poly (3-hexyl thiophene) (P3HT), the chosen organic semiconductor, was overcome and opened a path to the construction of OFETs and capacitors. From the later capacitance per unit area was extracted. The developed processes of photolithography and oxygen plasma etching allowed the construction of unprecedented Ni-P3HT-PVA-Al flexible top-gate, bottomcontacts transistors. The transistors showed good output characteristics, low operation voltages (< |-6 V|), acceptable carrier mobilities (0,015 cm2/V*s) and ION/IOFF fractions (~300). Contact resistance and effective mobility were extracted through transmission line method. The transistors showed great temporal stability, but when operated instabilities occurred. The transistor output current first increased and later degraded with successive testing. Organic PMIS inverters were demonstrated and characterized. The optimization of this technology may lead to construction of flexible logic organic devices for everyday applications.