Dopage p des semi-conducteurs organiques : vers une meilleure compréhension des mécanismes du dopage et intégration de la couche dopée p dans des photodétecteurs

Organic semiconductor p-doping : toward a better understanding of the doping mechanisms and integration of the p-doped layer in organic photodetectors

• Auteur / Autrice : Julie Herrbach-Euvrard
• Direction : Dominique Vuillaume, Antoine Kahn, Amélie Revaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 06/10/2017
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - CEA Tech (1990-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs -- Dopage

Photodiodes

Semiconducteurs organiques

Électronique organique

Mots clés libres

Dopage moléculaire

Résumé

Contrairement à l’électronique conventionnelle à base de silicium, l’électronique organique offre de nouvelles possibilités telles que la production sur grande surface et à faible bilan thermique, ou encore l’utilisation de substrats flexibles et transparents. Afin d’améliorer la conductivité des semi-conducteurs ainsi que le contact polymère-électrode métallique, le dopage en électrons et en trous doit être développé dans les matériaux organiques. Dans cette thèse, des techniques de caractérisation électrique (courant tension à température variable, capacité, spectroscopie d’admittance), optique (spectroscopie UV-visible et de photoluminescence) et matériau (RMN, MEB, MET) ont été utilisées pour analyser l’influence de la concentration en dopant Mo(tfd-COCF3)3 sur les propriétés électriques du polymère PBDTTT-c et améliorer notre compréhension du mécanisme mis en jeu dans le dopage. La couche dopée a été intégrée avec succès dans un photodétecteur organique en utilisant une technique de laminage afin de remplacer la couche habituellement utilisée de PEDOT:PSS, connue pour générer des problèmes de stabilité dans le dispositif. Enfin, la technique de laminage et le savoir acquis sur le dopage des semi-conducteurs organiques ont permis d’étudier l’impact du dopage non intentionnel par l’oxygène sur les performances des photodétecteurs organiques. Bien qu’il soit encore nécessaire de renforcer notre compréhension sur le dopage des semi-conducteurs organiques, améliorer la technique de dépôt par laminage et introduire la couche dopée dans divers dispositifs imprimés, les résultats présentés dans cette thèse sont prometteurs pour le développement de l’électronique organique.

Organic electronics is a promising route for the next generation of electronic devices. With large area scalability, compatibility with flexible and semitransparent substrates, and low temperature processability, printed electronics offers an interesting alternative to conventional silicon-based electronics. On its way to achieve better performances, hole and electron doping needs to be developed to improve the material conductivity as well as the polymer-metal electrode contact. In this work, we have studied the electrical characteristics of the polymer PBDTTT-c upon addition of p-dopant Mo(tfd-COCF3)3. Complementary electrical (variable temperature current voltage, capacitance, admittance spectroscopy), optical (UV-visible absorption and photoluminescence spectroscopy) and material (NMR, SEM, TEM) characterization techniques have been used to analyze the impact of the doping concentration on the electrical properties of the polymer and improve our understanding of the doping mechanism involved. The doped layer was then successfully integrated in an organic photodetector using soft contact transfer lamination to replace the widely used PEDOT:PSS layer, known to be responsible for stability issues. Finally, both the lamination technique and the knowledge acquired on organic semiconductor doping were used to study the impact of unintentional oxygen doping on the organic photodetector performances.Although further works are necessary to complete our understanding of organic semiconductor doping, enhance the lamination processes and introduce doped layers in various solution printed devices, present results are promising for the improvement of organic electronic devices.