Estudio químico-físico de propiedades intra- e intermoleculares que afectan al transporte de carga en transistores orgánicos de efecto campo

Resumen

En un mundo cada vez más dominado por la tecnología se hace necesario invertir en una electrónica con propiedades mejoradas, más sostenible y biocompatible que la electrónica actual basada en el silicio. En este sentido, la Electrónica Orgánica abre un campo muy prometedor a la fabricación de dispositivos electrónicos con propiedades mejoradas: depósito mediante disolución, flexibilidad, deformabilidad, ligereza, etc. Aunque este tipo de electrónica está cada vez más presente en nuestras vidas aún queda camino por recorrer para que la Electrónica Orgánica sea una realidad comercial. El entendimiento del transporte de carga en semiconductores orgánicos junto con la ingeniería de los dispositivos son dos aspectos básicos a mejorar para que esto ocurra. En la presente Tesis Doctoral se lleva a cabo un estudio químico-físico de propiedades que afectan al transporte de carga en transistores orgánicos de efecto campo (OFETs). Para ello, se estudian seis familias de semiconductores orgánicos, basados fundamentalmente en sistemas dador-aceptor (D-A). Estas familias se han dividido en cuatro capítulos en función del efecto de la propiedad intra- o intermolecular a estudio en el transporte de carga. En el Capítulo I se estudia el efecto del solapamiento de orbitales moleculares de dos familias basadas en derivados de oligotiofenos-naftalimidas. En dicho capítulo se utilizan dos estrategias sintéticas para lograr un solapamiento de orbitales moleculares efectivo, en la parte A mediante la inversión del grupo conector, y en la parte B forzando un cambio en la agregación molecular por la sustitución de las cadenas típicas lipofílicas por hidrofílicas. En el Capítulo II se estudia cómo influye el perfil de conjugación de tres semiconductores basados en uniones de dicetopirrolopirrol y tiofeno, pasando de un perfil lineal a un perfil trigonal. En el Capítulo III se analiza el efecto del isomerismo en el transporte de carga con el estudio de dos polímeros isoméricos basados en amidas cíclicas y grupos etilendioxitiofeno. Para concluir, en el Capítulo IV se estudia el efecto de la elongación del esqueleto conjugado en una familia de oligotiofeno-perilenimida y en una familia de sistemas de tipo escalera basados en bitiofenoimidas. En la parte A de este capítulo, la elongación se consigue por la sustitución de naftalimidas por perilenimidas y en la parte B, conseguimos dicha elongación con el aumento de la longitud del semiconductor por repetición de unidades de bitiofenoimidas. El uso combinado de técnicas espectroscópicas (UV-Vis, Raman, etc.), electroquímicas, métodos químico-cuánticos y fabricación y caracterización eléctrica de OFETs nos permite establecer relaciones entre estructura y propiedad de estos sistemas, lo que nos ayuda a guiar racionalmente los esfuerzos sintéticos encaminados a la obtención de compuestos con propiedades mejoradas para su uso en OFETs.