Diseño y caracterización de sensores para la medida de parámetros químicos y biológicos mediante Organic Thin-film transistors

Abstract

RESUMEN La Electronica Organica ha experimentado un gran avance en las ultimas decadas, desde que en los anos 70 se descubrieran los polimeros conductores. Las caracteristicas unicas de los semiconductores organicos, han permitido el desarrollo de dispositivos electronicos flexibles y con multiple funcionalidad, mediante tecnicas de fabricacion a temperatura ambiente y bajo coste. Uno de los campos en los que estos dispositivos organicos han despertado mayor interes es el de su aplicacion como sensores. En particular, los sensores basados en los denominados Transistores Organicos de pelicula delgada (OTFT s) han experimentado un gran desarrollo debido a sus multiples ventajas, como simplicidad, elevada sensibilidad, y posibilidad de miniaturizacion. Existen dos tipos principales de OTFT s: Transistor Organico de Efecto de Campo (OFET) y Transistor Electroquimico Organico (OECT). Los OECT s constan de tres electrodos (surtidor, drenador y puerta), un semiconductor organico (OSC), y un electrolito en contacto con el semiconductor. El funcionamiento de los sensores basados en OECT s se basa en la modulacion de la corriente del canal por dopaje o de-dopaje electroquimico desde el electrolito, cuando se aplican tensiones de puerta. Los OECT s resultan especialmente adecuados como sensores quimicos debido a su capacidad de operar en medios acuosos. En este trabajo, se han desarrollado OECT s basados en el OSC PEDOT:PSS mediante tecnologia Screen-printing. Los transistores se han disenado variando su geometria, parametro del que depende la sensibilidad del sensor. Mediante la caracterizacion electrica de los OECT s, se ha podido determinar la geometria optima en funcion del analito a detectar. Finalmente, se ha comprobado experimentalmente la validez de estos OECT s como sensores de cationes de diferentes tamanos y de acido ascorbico, obteniendose resultados muy satisfactorios. Los OFET s, se han preparado depositando el OSC sobre el dielectrico y para obtener el canal cuya corriente se modula con la tension aplicada al electrodo de puerta. En la mayoria de los sensores basados en OFET s, el semiconductor esta expuesto al analito. Su funcionamiento se basa en la modificacion de la corriente del canal por dopaje o captura de cargas en presencia del analito. En este trabajo, se han desarrollado OFET s basados en TIPS-Pentacene mediante las tecnologias Drop-casting y Spin-coating. Tras establecer la mejor tecnica de deposicion del semiconductor organico se han caracterizado electricamente los OFET s. La caracterizacion electrica de estos transistores organicos es fundamental para optimizar su uso como sensores quimicos. No obstante, las propiedades unicas de los OSC s dificultan la caracterizacion electrica de estos dispositivos con los equipos comerciales actuales, disenados todos ellos para la caracterizacion de transistores de Silicio. Para suplir esta necesidad, se ha disenado un equipo para la caracterizacion de transistores organicos, utilizando componentes comerciales de bajo coste y un software desarrollado especificamente para la determinacion de los parametros caracteristicos de OECT s y OFET s fijados en la norma estandar IEEE 1620-2008.