Correlation between structural and electrical properties of organic semiconducting materials

Corrélation entre les propriétés structurelles et électriques des matériaux semi-conducteurs organiques

• Auteur / Autrice : Laura Ferlauto
• Direction : Paolo Samorì, Vincenzo Guido
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 25/02/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Università degli studi (Ferrare, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Alberto Morgante
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matteo Mauro, Michel Sliwa, Silvia Milita
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alberto Morgante, Beatrice Fraboni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de charge

Couches minces

Transistors à effet de champ

Semiconducteurs organiques

Mots clés libres

Transistors organique à effet de champ

Substances organiques

Diffraction des rayons X

Transport de charge

Organic field effect transistors

Organic materials

X-ray diffraction

Charge transport

Résumé

Cette thèse présents plusieurs techniques de caractérisation appliqués à diverses matières organiques dans le but de démêler leur structure-propriétés relation once encapsulés comme matériaux actifs dans les dispositifs de OFET. Un soin particulier est alors dédié aux méthodes de caractérisation structurale (2D-GIXRD, XRR et XRD) à la fois de source de laboratoire classique et de rayonnement de synchrotron. Divers matériaux polymères organiques, compris de p- et n-type de petites molécules et polymères en solution ou déposés par sublimation sous vide sont étudiées. En particulier, l'étude de OFET basée sur deux fonctionnalisés isomères péryléne ne différant que par la forme des alkyle côté chaînes démontre comment la nature ramifié et asymétrique des chaînes peut conduire à une amélioration de la performance électrique avec un simple traitement thermique post-dépôt, tandis que la fabrication de dispositifs ambipolaire polymères au moyen de la technique Langmuir-Schaefer souligne l'importance de la méthode de dépôt sur l'agencement de la matière sur la surface du substrat. Une approche inhabituelle, nommé enquête structurelle in_situ et en temps réel, est aussi présenté pour évaluer les modifications structurelles dans les films minces organiques subissent un processus particulier. Plus précisément, la réponse de la structure des films minces de pentacene à l’application de VSG et VSD au OFET et des films minces dérivés de TTF à la variation d’humidité ont été étudiés.

This thesis presents multiple characterization techniques applied to various organic materials with the ultimate goal of unraveling their structure-properties relationship once encapsulated as active materials in OFETs devices. Particular care is then dedicated to the structural characterization methods (2D-GIXRD, XRR and XRD) both from classical laboratory source and from synchrotron radiation. Various organic materials, comprising p- and n-type small molecules and polymers deposited from solution or by vacuum sublimation are investigated. In particular, the study on OFETs based two functionalized perylene isomers differing only in the shape of the alkyl side-chians demonstrates how the branched and asymmetric nature of the chains can lead to an improvement of the electrical performance with a simple post-deposition thermal treatment, while the fabrication of ambipolar polymeric devices by means of Langmir-Schaefer technique highligts the importance of the deposition method on the arrangement of the material on the substrate surface. A more unusual approach, named in-situ and real-time structural investigation, is also presented to evaluate structural modifications in organic thin films undergoing a particular process. Specifically, the structural responce of pentacene thin films to the application of VSG and VSD to the OFET and of TTF derivatives thin films to the variation of humidty were investigated.