Studio dei materiali organici di tipo n di interesse per l'elettronica organica

Negli ultimi anni è emerso un interesse sempre crescente verso la realizzazione di dispositivi elettronici e/o optoelettronici basati su, materiali organici o ibridi organico-inorganici (O/I). Tuttavia, mentre da un lato sono in commercio diversi dispositivi che implementano LED organici, uno dei maggiori ostacoli all'affermazione di tali materiali in circuiti logici complessi è la scarsa disponibilità di composti con buone proprietà di trasporto di elettroni. Il presente progetto riguarda la realizzazione e la caratterizzazione di materiali organici di tipo n ad elevata mobilità e mira a dare un contributo nella comprensione dei meccanismi di conduzione elettronica, nell'investigazione del trasporto di spin e di possibili transizioni di fase (bistabilità elettrica, metallo-isolante) nonche' nella realizzazione di dispositivi elettronici di reale interesse applicativo basati sull'utilizzo di materiali e sistemi con proprietà funzionali e multifunzionali innovative rispetto alle caratteristiche dei semiconduttori inorganici. Lo studio sara' principalmente rivolto ai composti, sia oligomeri che polimeri, appartenenti alla famiglia degli oligotiofeni fluorurati e dei perileni-diimide sostituiti e a loro ibridizzazioni anche con materiali magnetici. L'interesse verso questi materiali e' legato oltre che agli elevati valori di mobilità anche alla buona stabilità in aria che alcuni di essi mostrano. Lo studio del funzionamento e la stabilità dei dispositivi in aria è considerato obiettivo fondamentale del progetto. Alcuni di questi composti sono attualmente commercializzati, mentre altri del tutto innovativi saranno sintetizzati all'interno del progetto. Per una migliore comprensione delle proprietà di questi materiali, verrà effettuata un'analisi teorica da principi primi, collegabile con misure di trasporto e strutturali svolte in parallelo. L'interesse sarà focalizzato sulla forte e complessa dipendenza delle proprietà fisiche dalla concentrazione di portatori che in questi materiali può essere sfruttata per indurre transizioni di fasi o per perseguire un nuovo tipo di elettronica multifunzionale. In questo ambito, i dispositivi ad effetto di campo (FET) costituiscono un metodo efficace e reversibile per controllare la densità di carica nei materiali, modificandone le proprietà elettriche, senza cambiarne quelle strutturali o stechiometriche. Nell' ambito del progetto saranno realizzate e caratterizzate diverse tipologie di FET, finalizzate sia allo studio delle proprietà dei materiali e delle interfacce, sia alla pratica applicazione nel campo dell'elettronica e dell'optoeletronica. Uno dei principali focus del presente progetto sarà rivolto allo studio delle proprietà fisiche dei materiali organici nel regime delle radiofrequenze finalizzato ad una maggiore comprensione dei meccanismi di conduzione nonche' ad interessi applicativi reali laddove notevoli prospettive potrebbero aprirsi nella realizzazione di dispositivi di identificazione (RFID) a basso costo. L'attenzione sarà focalizzata anche su altri dispositivi elettronici quali memorie non volatili, ottenute tramite ibridi bistabili o multistabili, sensori magnetici (valvole di spin), o fotoconduttivi nei quali le proprietà del dispositivo possono essere modificate in funzione di un segnale elettrico, magnetico o ottico. Uno sforzo specifico verrà inoltre perseguito nel tentativo di realizzare dispositivi di nuova generazione con caratteristiche multifunzionali, in cui cioè due o più funzionalità siano presenti e possano essere attivate in maniera ortogonale da uno o più stimoli elettrici , magnetici o ottici. Un primo esempio in questa direzione, potrebbe essere dato dalla realizzazione di dispositivi ad effetto di campo che presentino al tempo stesso proprietà di foto/elettro-luminescenza (smart pixel) o effetti spintronici, con la possibilità cioè di cambiare risposta elettrica, utilizzando opportunamente il grado di libertà dello spin delle cariche elettriche, in funzione dei campi magnetici esterni. Le dimensioni dei dispositivi saranno ridotte sino a scala micro e nanometrica, applicando usuali tecniche di litografia ottica o di nanolitografia tramite microscopi a scansione. L'influenza della riduzione di scala sulla funzionalità del dispositivo sarà oggetto di accurata analisi. Poiché i semiconduttori di tipo n sono molto più sensibili alla chimica interfacciale rispetto ai semiconduttori di tipo p, verranno cresciuti film su su diversi substrati,anche funzionalizzati e verranno considerate diverse tecniche spettroscopiche per lo studio dell'interfaccia. In ognuna delle fasi del progetto (sintesi,caratterizzazione e realizzazione dei dispositivi ) è previsto l'utilizzo di più tecniche concorrenti e complementari in grado di rappresentare nel loro insieme lo stato dell'arte nella ricerca su questi materiali.