Search

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho, filmes finos de grafeno e de carbono amorfo puros (-C) e dopados com nitrogênio (-CNx) foram crescidos, caracterizados e utilizados na fabricação de dispositivos optoeletrônicos. Filmes finos de -C e -CNx foram utilizados como camada eletroluminesce nte em dispositivos emissores de luz. Estes filmes foram crescidos utilizando a técnica de RF magnetron sputtering em três séries de deposições onde foram otimizados o fluxo do gás de N2, a potência de deposição e a espessura dos filmes. Após o crescimento, estes filmes foram caracterizados estruturalmente, composicionalmente e opticamente utilizando as técnicas de difração de raios-X, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X e espectroscopia de absorção óptica na região do UV-Vis. Os resultados obtidos com essas caracterizações foram relacionados com a eficiência e luminescência dos dispositivos emissores de luz fabricados a partir destes filmes que foram depositados sobre substratos de ITO, utilizados como ânodo, e sob um filme de alumínio de 120 nm, utilizado como cátodo. O melhor dispositivo exibiu um espectro de eletroluminescência que cobre praticamente toda a região do visível, com uma máxima luminescência de 206 cd/m2 em 9,86 V e eficiência de corrente de 1,31x10-2 cd/A em 15,62x10-4 mA/cm2. Estes valores são aproximadamente três ordens de grandeza maiores do que outros dispositivos similares encontrados na literatura. Os filmes de grafeno foram crescidos pela técnica CVD e foram utilizados como ânodo na fabricação de OLEDs com a seguinte arquitetura: Grafeno/CuP c/ - NPB/Alq3/Al. Os filmes de grafeno foram caracterizados eletricamente, opticamente e estruturalmente utilizando as técnicas de efeito Hall, espectroscopia de absorção óptica UV-Vis e espectroscopia Raman. Os filmes de grafeno exibiram resistência de folha de 500 Ω/quadrado, alta transmitância óptica na região do visível de aproximadamente 90% em 550 nm e alto grau de cristalinidade, além de grande uniformidade em grandes áreas. O OLED de grafeno (G-OLED) acendeu com uma voltagem aplicada de 2,75 V, muito antes do OLED de referência fabricado utilizando ITO comercial como ânodo, (I-OLED), que acendeu com uma voltagem de 3,80 V. O I-OLED exibiu um máximo de eficiê nc ia de corrente de 0,95 cd/A em uma luminescência de 1.400 cd/m2, muito menor do que a exibida pelo G-OLED, que para essa mesma luminescência apresentou uma eficiência de corrente de 9,67 cd/A atingindo um máximo de 19,26 cd/A em 6.352 cd/m2. A eficiê nc ia de potência do G-OLED é uma ordem de grandeza maior do que a do I-OLED, sendo a máxima atingida pelo G-OLED de 5,6x10-1 lm/W em 254 cd/m2 e pelo I-OLED de 4,9x10-2 lm/W em 0,27 cd/m2. Além disso, a eletroluminescência máxima atingida pelo G-OLED, de 6.351 cd/m2 em 11,20 V, é maior do que a exibida pelo I-OLED, de 5.863 cd/m2 em 10,75 V In this work, graphene and amorphous carbon pure (-C) and doped with nitroge n (-CNx) thin films were grown, characterized and employed in the fabrication of optoelectronic devices. Thin Films of -C and -CNx were employed as electroluminescent layer in light- emitting devices. These films were grown employing the technique of RF Magnetron Sputtering in three series of depositions where were optimized the N 2 gas flow, the power of deposition and the films thickness. After the growth, this films were structura lly, compositionally and optically characterized employed the technical of X-ray diffract io n, X-ray photoelectron (XPS) and optical absorption spectroscopy in the UV-Vis region. The results obtained with these characterizations were related with the efficiency and luminescence of the light-emitting devices fabricated from these films that, for this purpose, were grown on ITO substrates, employed as anode, and below a film of aluminum of 120 nm, employed as cathode. The best device exhibited an electroluminescence spectrum that covers practically all the visible region, with a maximum luminescence of 206 cd/m2 at 9.86 V and current efficiency of 1.31x10-2 cd/A at 15.62x10-4 mA/cm2. These values are about three orders of magnitude greater than other similar devices found in literature. Graphene films were grown by CVD technical and employed as anode in the fabrication of OLEDs with the following architecture: Graphene/CuPc/-NPB/Alq3/ A l. The graphene films were electrically, optically and structurally characterized employed the technical of Hall effect, UV-Vis optical absorption spectroscopy and Raman spectroscopy, respectively. The graphene films exhibits sheet resistance of 500 Ω/square , high optical transmittance in the visible region of about 90% in 550 nm and high degree of crystallinity, besides great uniformity in large areas. The graphene OLED (G-OLED) turn on with an applied voltage of 2.75 V much earlier than reference OLED fabricated employed commercial ITO as anode, (I-OLED), that turn on with a voltage of 3.80 V. The I-OLED exhibited the maximum of current efficiency of 0.95 cd/A in a luminesce nce of 1400 cd/m2, much smaller than exhibited by G-OLED, that for the same luminesce nce exhibited a current efficie ncy of 9.67 cd/A, reaching a maximum of 19.26 cd/A in 6352 cd/m2. The power efficiency of G-OLED is one order of magnitude greater than I-OLEDof 4.9x10-2 lm/W in 0.27 cd/m2. Furthermore, the maximum of electroluminesce nce exhibited by G-OLED of 6351 cd/m2 in 11.20 V is higher than I-OLED of 5863 cd/m2 in 10.75 V

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O projeto contínuo de desenvolvimento de pesquisas em novos materiais orgânicos mais eficientes, mais puros e com boa estabilidade térmica e morfológica é fundamental para a aplicação em novos dispositivos orgânicos. Nesse contexto, o objetivo dessa tese é a fabricação e caracterização de novos dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Essa pesquisa foi desenvolvida com duas abordagens e aplicações distintas. Na primeira, utiliza-se uma nova classe de derivados de xanteno (XD) como materiais transportadores de buracos, e na segunda, apresenta-se dois novos complexos de Európio como materiais emissores de luz. Na aplicação dos XD como camada transportadora de buracos (CTB) foram fabricados OLEDs bicamada, utilizando-se o material comercial Alq3 como emissor de luz. Os resultados desse estudo foram comparados com dispositivos de referência fabricados com o material comercial α-NPD no lugar dos XD. Todos os dispositivos baseados nos XD apresentaram uma eficiência de corrente mais elevada quando comparados com dispositivos de referência α-NPD. Um estudo teórico e experimental sobre a mobilidade de buracos dos XD e α-NPD mostram que todos os XD possuem mobilidade de buraco mais elevada que o material comercial. A mobilidade de buraco mais elevado na camada dos XD proporcionou um melhor equilíbrio de buracos e elétrons e, portanto, maior recombinação, resultando em eficiência aprimorada. Na segunda parte deste trabalho, foram estudados dois complexos de Európio como emissores de luz na região do vermelho do espectro visível. Os complexos de Európio, [Eu(btfa)3(dmbpy)2] e [Eu (TTA)3(PhenSe)], apresentaram as transições características ⁵D₀ → ⁷FJ (J = 0-4), em solução e em filme fino evaporado termicamente. Com o complexo [Eu(btfa)3(dmbpy)2] foram fabricados dispositivos com duas configurações de diferentes e, embora os OLEDs tenham apresentado uma banda larga devido à contribuição do Alq3, demonstrou-se a fabricação de um OLED eficiente. Já o complexo [Eu (TTA)3(PhenSe)] as eletroluminescências dos dispositivos apresentaram uma banda larga centrada em 580 nm, dificultando assim a observação das transições ⁵D₀ → ⁷FJ (J = 0,1). The continuing research project to develop new organic materials that are more efficient, purest and with a good morphological and thermal stability is essential to apply them to new organic devices. Therefore, the aim of this thesis is the fabrication and the characterization of organic electroluminescent devices (OLEDs). This research was developed based on two distinctive approaches. At first, it was used a new xanthene derivative (XD) class as a hole transporting material and, secondly, it is shown two new Europium complex as light emitters. The use of XD as hole transporting layer (HTL) was made to fabricated bilayers OLEDs using the commercial material Alq3 as light emitters. Their results were compared to the reference device previously fabricated with the commercial material α-NPD. All XD devices presented a higher current efficiency when compared to the α-NPD reference device. A theoretical and experimental study of the XD and α-NPD holes mobility showed that all XD has a higher hole mobility than the commercial material. The higher hole mobility of the XD layer resulted in a better balance between hole and electrons and consequently, in a higher number of combinations, resulting in devices with improved efficiency. At the second part of this study, it was studied two Europium complexes as red-light emitters. The Europium complex, [Eu(btfa)3(dmbpy)] and [Eu(TTA)3(PhenSe)], showed the transitions characteristic of ⁵D₀ → ⁷FJ (J = 0-4) in solution and in a thermal evaporated thin film. The [Eu(btfa)3(dmbpy)] complex was used to fabricate devices with two different configurations and, although the OLEDs have shown a wide band due to the Alq3 contribution, the OLEDs presented good efficiency. In contrast, the electroluminescence of the [Eu (TTA)3(PhenSe)] complex based devices showed a wide band centered in 580 nm, in this case, covering the narrow ⁵D₀ → ⁷FJ (J = 0,1) transitions.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nesse trabalho são apresentados os resultados da produção e caracterização de diodos orgânicos emissores de luz sensível ao infravermelho próximo, OLEDs de conversão ascendente de energia que são conhecidos como OLEDs tipo up-converter. O desempenho da camada sensível ao infravermelho é um fator fundamental para o funcionamento do dispositivo. Neste sentido, moléculas de ftalocianinas apresentam respostas eletrônicas quando são expostas a radiação infravermelha. Na primeira parte do trabalho foram investigadas as propriedades ópticas e elétricas de filmes de ftalocianinas fabricados por evaporação térmica a vácuo. As ftalocianinas estudadas foram: ftalocianina de cobalto, ftalocianina de cobre, ftalocianina de magnésio, ftalocianina de platina e naftalocianina de estanho. Essas moléculas foram caracterizadas usando diferentes técnicas, tais como, espectroscopia de absorção UV-VIS e voltametria cíclica, espectrometria de massa, difratometria de raios-X e medidas elétricas, a fim de se obter suporte para o uso dessas moléculas como camada ativa nos dispositivos up-converters. Entre as ftalocianinas estudadas, a naftalocianina de estanho se mostrou a melhor candidata para atuar como camada sensível para a fabricação dos dispositivos. Porém, OLEDs up-converters usando naftalocianina de estanho como camada sensível ao infravermelho apresentaram baixa resposta a radiação infravermelha e baixa eficiência de conversão. Assim, para tentar solucionar esse problema, foi necessário fabricar alguns OLEDs up-converters usando uma camada de ftalocianina codepositada com fulereno como a camada sensível ao infravermelho. A codeposição consiste em uma técnica em que as moléculas de ftalocianinas e de fulereno são sublimadas simultaneamente. A partir da técnica de codeposição, é possível obter uma blenda com diferentes propriedades ópticas e elétricas. A camada codepositada apresentou uma redução significativa na mobilidade de buracos, o que levou a um aumento da eficiência de conversão do dispositivo, evidenciando o uso destes materiais para a fabricação de OLEDs sensíveis ao infravermelho para aplicações em sistemas de visão noturna. In this work the results of the production and characterization of Organic Light Emitting Diodes with near-infrared sensitive layer up-converter are presented. The infrared sensitive layer performance is a key factor for the operation of the device. Phthalocyanine molecules have an electronic response when they are exposed to the infrared radiation. In the first part of the work the optical and electrical properties of phthalocyanine films manufactured by vacuum thermal evaporation were investigated. The phthalocyanines studied were: cobalt phthalocyanine, copper phthalocyanine, magnesium phthalocyanine platinum phthalocyanine and tin naphthalocyanine. These molecules were characterized using different techniques, such as UV-VIS absorption spectroscopy and cyclic voltammetry, mass spectrometry, X-ray diffractometry and electrical measurements, in order to obtain support for the use of these molecules as active layer of up-converter devices. Among the studied phthalocyanines, tin naphthalocyanine was the best candidate to act as a sensitive layer for the manufacture of the devices. However, OLEDs up-converters using tin naphthalocyanine as an infrared sensitive layer showed low response to infrared radiation and low conversion efficiency. Thus, to solve this problem, it was necessary to manufacture OLEDs up-converters using a phthalocyanine layer co-deposited with fullerene as infrared sensitive layer. Co deposition consists of a technique in which the phthalocyanine and fullerene molecules are simultaneously sublimated. From the co-deposition technique, it is possible to obtain a blend with different optical and electrical properties. The co-deposited layer showed a significant reduction in hole mobility, which led to an increase in the conversion efficiency of the device, evidencing the use of these materials for the manufacture of infrared sensitive OLEDs for applications in night vision systems.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho, filmes finos de Óxido de Zinco intrínsecos (ZnO) e dopados com Alumínio (AZO) foram crescidos em substratos de vidro pela técnica de Pulverização Catódica Assistida por um Campo Magnético Constante à temperatura ambiente, com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros de deposição e do tratamento térmico nas propriedades elétricas, ópticas e estruturais desses filmes. Para isso foram utilizados dois alvos diferentes, um de Óxido de Zinco puro e outro de Óxido de Zinco dopado com 2% de Alumínio. Caracterizações elétricas, ópticas e estruturais foram feitas, respectivamente, por medidas de Efeito Hall, espectroscopia óptica e difração de Raios-X. Foi observada uma forte influência da potência de pulverização catódica, da pressão de trabalho e do fluxo de argônio nas propriedades elétricas e estruturais dos filmes finos, não sendo esses parâmetros tão influentes nas propriedades ópticas, pois todos apresentaram alta transmitância óptica na região do visível, maior que 85% em 550 nm. A variação desses parâmetros permitiu reduzir a resistividade elétrica dos filmes por conta, principalmente, do aumento da concentração de portadores nos filmes finos de ZnO e do aumento da mobilidade de portadores nos filmes finos de AZO. Todos os filmes finos apresentaram estrutura hexagonal do tipo wurtzita orientados preferencialmente no plano (002) ao longo do eixo-c perpendicular à superfície do substrato. A melhora nas propriedades elétricas e a oscilação na intensidade dos picos (002), dependem, principalmente, da energia dos átomos quando ejetados do alvo durante o processo de pulverização catódica. Os melhores filmes finos foram obtidos com a potência de pulverização de 180 W, pressão de trabalho de 0,08 mbar e fluxo de argônio de 350 sccm, com baixa resistividade elétrica, e mobilidade e concentração de portadores elevadas de, respectivamente, 2.07 x 10-4 Ωcm, 15.87 cm2/Vs e 1.95 x 1020 cm-3 para os filmes de ZnO e de 4.9 x 10-4 Ωcm, 5.9 cm2/Vs e 2.18 x 1021 cm-3 para os filmes finos de AZO. A diferença nas propriedades elétricas é devida à presença de íons de Al dopantes na matriz do ZnO. Com a otimização dos parâmetros de deposição, foram depositados filmes finos de ZnO e AZO que foram submetidos ao tratamento térmico, o que aumentou a resistividade elétrica dos filmes finos de ZnO e melhorou em apenas 5% a dos filmes finos de AZO. Por fim, apresentamos os resultados da caracterização de um Dispositivo Orgânico Emissor de Luz (OLED), utilizando um substrato de AZO otimizado. In this work, zinc oxide thin films intrinsic and doped with aluminum were grown onto glass substrates by RF magnetron sputtering technique at room temperature, aiming to study the influence of the deposition parameters and heat treatment in the electrical, optical and structural properties of these films. For this, two different targets were used: one of pure zinc oxide and other of zinc oxide doped with 2% of aluminum. The electrical, optical and structural characterization was made, respectively, by Hall effect, optical spectroscopy and X-ray diffraction measurements. It was observed that the deposition parameters – sputtering power, working pressure and argon flow – have a strong influence on the electrical and structural properties of the thin films. The optical properties, though, do not change with the above parameters, since all films had high optical transmittance in the visible region, which was more than 85% at 550 nm. The variation of these parameters allowed reducing the electrical resistivity of the films mainly because of the increasing of the carrier concentration of the ZnO thin films and the increasing of carrier mobility of the AZO thin films. All thin films exhibited hexagonal wurtzite structure preferably oriented in (002) plane along the c-axis perpendicular to the surface of the substrate. The improvement in the electrical properties and the fluctuation in the intensity of (002) peaks depend, mainly, on the energy of the atoms when ejected from the target during the sputtering process. Thin films with best electrical properties were obtained with sputtering power of 180 W, working pressure of 0.08 mbar and argon flow of 350 sccm. The best ZnO thin films had electrical resistivity of 2.07 x 10-4 Ωcm, mobility of 15.87 cm2/Vs, and carrier concentration of 1.95 x 1020 cm-3. The best parameters for the AZO film were 4.9 x 10-4 Ωcm, 5.9 cm2/Vs and 2.18 x 1021 cm-3 for resistivity, mobility and carrier concentration, respectively. The difference in the electrical properties is due to the presence of Al ions doping the ZnO matrix. With the optimization of the deposition parameters, ZnO and AZO films were then subjected to heat treatment, which increased electrical resistivity of the ZnO film and improved only in 5% the conductivity of the AZO film. Finally, we present the results on the characterization of an Organic Light Emitting Device (OLED) using an optimized AZO film as substrate.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O objetivo deste trabalho é determinar a difusividade térmica dos vidros aluminossilicatos nanoestruturados com nanopartículas de prata e dopados com íons de Er+3 através da técnica de Espectroscopia de Lente Térmica. Verificou-se que a medida em que os dopantes são inseridos na amostra, ocorre a diminuição da difusividade. Entretanto, os principais responsáveis por esta redução são as nanopartículas de prata possivelmente formadas pela introdução do óxido Ag2O. Observou-se uma dependência da difusividade térmica com a concentração de dopantes, sendo que esta decai com o aumento da concentração. Os resultados foram analisados considerando vários mecanismos de transferência de calor, sendo a redução da difusividade térmica atribuída, principalmente, a diminuição do livre caminho médio dos fônons devido aos efeitos de espalhamento. The aim of this study is to determine the thermal diffusivity of nanostructured aluminosilicate glasses with silver nanoparticles and doped with ions of Er+3 using the technique of Thermal Lens Spectroscopy. It was found that the extent to which the dopants are inserted in the sample, there is a decrease of diffusivity. However, the main drivers of this reduction are the silver nanoparticles formed possibly by the introduction of oxide Ag2O. There was a dependency of the thermal diffusivity with the doping concentration, and this decays with increasing concentration. The results were analyzed considering various mechanisms of heat transfer, the reduction of thermal diffusivity mainly attributed the decrease in phonon mean free path due to scattering effects.