Growth, characterization and application of surface-supported metal-organic frameworks (SURMOFs) thin films for electronic devices

Autor(es)

Tatiana Parra Vello

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2022-05-18

Membros da banca

Carlos César Bof Bufon; Antonio Riul Júnior; Neri Alves; Lucas Fugikawa Santos; Flávio Leandro de Souza

• Orientador: Carlos César Bof Bufon

Resumo

Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais porosos híbridos formados pela ligação de ligantes orgânicos com clusters metálicos via química de coordenação. Sua estrutura apresenta propriedades únicas, como alta cristalinidade, área superficial e porosidade. Nas últimas décadas, a expansão do campo da nanotecnologia vem destacando as vantagens da miniaturização de dispositivos, microfabricação e deposição de filmes finos. Da mesma forma, o interesse em integrar filme finos de MOFs em plataformas é crescente, o que permite explorar suas propriedades e aplicá-los como dispositivos funcionais. As Estruturas Metal-orgânicas Suportadas em Superfície (SURMOFs) surgiram como uma solução para sintetizar um filme homogêneo, uniforme e com espessura controlada. Embora os SURMOFs tenham sido criados visando a integração de dispositivos, pouco foi feito visando explorá-los em dispositivos eletrônicos, principalmente espessuras inferiores a 100 nm. Nesse trabalho, exploramos a integração e caracterização elétrica de SURMOFs em dispositivos eletrônicos. O HKUST-1 SURMOF foi a estrutura aplicada, devido a sua vasta informação na literatura. Aqui, um estudo completo é realizado, incluindo como a natureza do substrato e o comprimento da cadeia de monocamadas automontadas (SAM) podem influenciar no crescimento do filme de HKUST-1. Relatamos aqui a primeira abordagem experimental para síntese de filmes finos SURMOF homogêneos ancorados por SAM em uma superfície isolante. Além disso, o crescimento do HKUST-1 SURMOF foi parametrizado e adaptado ao processo de microfabricação e integração em heterojunções verticais baseados em nanomembranas. Estabelecemos uma parametrização completa do crescimento dos filmes finos dos SURMOFs, atingindo filmes homogêneos com espessura de aproximadamente 10 nm. O HKUST-1 SURMOF integrado nas heterojunções verticais foi aplicado como template para a reação de polimerização controlada do PPy dentro de seus poros, resultando em um filme homogêneo e totalmente dopado. O desempenho do dispositivo atingiu uma condutividade elétrica de cerca de 5,10-6 S/m sob 24h de exposição ao vapor de monômero, aumentando 7 ordens de magnitude da corrente elétrica em comparação com as junções verticais HKUST-1 SURMOF puro. Realizamos uma investigação adicional dos mecanismos de transporte elétrico sob baixas temperaturas. Os trabalhos desenvolvidos durante o doutorado estabeleceram um campo de pesquisa consolidado sobre SURMOFs em dispositivos eletrônicos, e os achados aqui relatados expandiram o uso desses materiais na área da eletrônica (AU)

• Processo FAPESP: 16/25346-5 - Dispositivos capacitivos para caracterização de nanoestruturas híbridas: estudo das propriedades elétricas de estruturas metal-orgânicas de superfície -SURMOFs- e ftalocianinas metálicas
• Beneficiário: Tatiana Parra Vello
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado