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Título: Transistor com porta eletrolítica aplicado como sensor de radiação ionizante
Título(s) alternativo(s): Electrolyte-gated transistor applied as an ionizing radiation sensor
Autor(es): Silva, Gabriela Mariano da
Orientador(es): Seidel, Keli Fabiana
Palavras-chave: Transistores de efeito de campo de semicondutor de metal
Detectores
Radiação - Dosimetria
Radiação ionizante
Metal semiconductor field-effect transistors
Detectors
Radiation dosimetry
Ionizing radiation
Data do documento: 25-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Gabriela Mariano da. Transistor com porta eletrolítica aplicado como sensor de radiação ionizante. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Radiologia Médica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Transistores com porta eletrolítica, (do inglês, electrolyte-gated transistor – EGT), compõe uma classe de dispositivos frequentemente aplicados como sensores e biossensores, por possuírem a capacidade de operar com alta densidade de corrente elétrica sob aplicação de baixa tensão. Neste trabalho, o foco se deu em investigar a capacidade de sensoriamento de radiação ionizante através da plataforma de EGTs, utilizando dois géis poliméricos como materiais sensíveis à radiação (dielétricos eletrolíticos) já estudados pela literatura. Um deles será o gel polimérico MAGIC-f (do inglês, Methacrylic and Ascorbic acid in Gelatin Initiated by Copper with formaldehyde), cujo gel já foi estudado do ponto de vista de suas propriedades ópticas, bem como sua variação de espectro óptico quando exposto à diferentes doses de radiação ionizante. Porém, a sua aplicação em transistores para investigação de propriedades elétricas ainda é novidade, assunto este ainda não explorado na literatura científica da área. O outro gel será o gel iônico [EMIM][TFSI], que já tem seu potencial definido em EGTs, que agora será pesquisado sua capacidade de sensibilidade à radiação. A literatura científica atual, apresenta muitos trabalhos de EGTs voltados para sensoriamento, porém não apresenta trabalhos voltados para o desenvolvimento de EGTs com aplicação em sensoriamento de radiação ionizante. Para desenvolvimento do dispositivo, foi utilizado substrato de vidro com eletrodos interdigitados de fonte e dreno de ITO e outro substrato de vidro com eletrodos interdigitados de ouro, ambos dispositivos terão eletrodo porta de ouro, que ficará em contato com os géis. O canal é composto pelo polímero semicondutor poli(3- hexiltiofeno-2,5-dil) (P3HT). Os géis foram irradiados separadamente dos transistores, sendo apenas depositados sobre os dispositivos no momento da caracterização elétrica. Como os transistores são dispositivos amplificadores de sinal e multiparamétricos, o foco de exploração do presente trabalho se deu na qualificação de parâmetros extraídos dos EGTs usando os géis MAGIC-f e gel iônico [EMIM][TFSI] como dielétrico eletrolítico quando exposto, e não exposto, à radiação ionizante. Curvas típicas de EGTs e comparação entre parâmetros extraídos são os quantificadores desta proposta de dosímetro. Resultados inéditos utilizando MAGIC-f como eletrólito em EGTs foram obtidos, comprovando que o gel possui características elétricas adequadas para aplicação em EGTs. Além disso, a análise de resultados de curvas de transferência obtidas dos EGTs com gel iônico irradiado e não irradiado, quando analisada aos pares, mostraram diferença entre si, constando que a irradiação do gel provoca mudança nas suas propriedades de condução eletrônica. Esses resultados mostram que a plataforma de EGT tem potencial de ser estudada e aplicada na área de dosimetria.
Abstract: Electrolyte-gated transistor (EGT) make up a class of devices frequently applied as sensors and biosensors due to their ability to operate with high current density under low voltage applications. This work focuses on investigating the radiation sensing capability through the EGT platform, using two polymer gels as radiation-sensitive materials (electrolytic dielectrics) that have already been studied in the literature. One of them is the MAGIC-f polymer gel (from English, Methacrylic and Ascorbic acid in Gelatin Initiated by Copper with formaldehyde), which has been studied from the perspective of its optical properties, as well as its variation in optical spectrum when exposed to different doses of ionizing radiation. However, its application in transistors to investigate electrical properties is still novel, a subject not yet explored in the scientific literature in the field. The other gel will be the ionic gel [EMIM][TFSI], which already has its potential defined in EGTs, and will now be researched for its radiation sensitivity. Current scientific literature presents many EGT works focused on sensing; however, it lacks works dedicated to the development of EGTs for ionizing radiation sensing. For device development, a glass substrate with interdigitated source and drain electrodes made of ITO was used, along with another glass substrate with interdigitated gold electrodes. Both devices will have a gold gate electrode, which will be in contact with the gels. The channel is composed of the semiconducting polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT). The gels were irradiated separately from the transistors and only deposited on the devices at the moment of electrical characterization. Since the transistors are signal amplifying and multiparametric devices, the focus of this work was on the qualification of parameters extracted from the EGTs using MAGIC-f and ionic gel [EMIM][TFSI] as electrolytic dielectrics when exposed, and not exposed, to ionizing radiation. Typical EGT curves and comparisons between extracted parameters are the quantifiers of this dosimeter proposal. Unpublished results using MAGIC-f as electrolyte were obtained, proving that the gel has electrical characteristics suitable for application in EGTs. Furthermore, measurements taken from EGTs with irradiated and non-irradiated ionic gel, when analyzed in pairs, showed differences between them, indicating that irradiation of the gel causes changes in its electronic conduction properties. These results show that the EGT platform has the potential to be studied and applied in the area of dosimetry.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38573
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