Étude de la Structure et des Interfaces des Transistors Organiques Electroluminescents

Study of the structure and interfaces of an organic light - emitting transistor

• Auteur / Autrice : Alexandre Bachelet
• Direction : Mamatimin Abbas, David Henry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Dufour Dabadie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mamatimin Abbas, David Henry, Isabelle Dufour Dabadie, Yvan Bonnassieux, Kamal Lmimouni, Christine Videlot-Ackermann, Marc Ternisien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Bonnassieux, Kamal Lmimouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonateurs optiques

Lasers

Électroluminescence

Petites molécules

Mots clés libres

Semi-conducteurs organiques

Électroluminescence

OLETs

Cavité résonante

Laser organique

Organic Semiconductor

Electroluminescence

OLETs

Resonant Cavity

Organic Laser

Résumé

Le transistor organique électroluminescent (OLET) est l’objet de beaucoup d’attention dans la communauté de recherche en électronique organique. Sa spécificité est la réunion des propriétés électroniques des transistors à effet de champ avec les propriétés d’émission des diodes électroluminescentes. Elle promet donc des avancées majeures dans la simplification de l’ingénierie de circuit dans des application pour les technologies d’affichage. Les performances affichées par les OLETs en font aussi des candidats potentiels pour être l’architecture de base du laser organique pompé électriquement qui est un des grands défis de la recherche en électronique organique. C’est dans cet environnement que ce travail de doctorat trouve sa problématique. Il s’agit de faire une étude assez générale de la structure d’un OLET et des interfaces qui s’y trouvent. Dans un premier temps un travail a été effectué sur la sélection du type de structure et sur les matériaux utilisés pour obtenir un OLET avec des performances reproductibles. Un dispositif de base a pu être mis au point présentant des émissions de l’ordre de la dizaine de mW.cm-2. Un travail d’optimisation a ensuite été consacré à l’ajout de couches aux interfaces importantes. Les effets de différentes couches bloquantes de trous ont été comparés en étudiant les effets de blocage et d’injection de charges. Ainsi des OLETs avec des tensions d’opération de 5V ont été mis au point. Un effet de cavité a pu être observé dans nos OLETs. Cet effet apparaît grâce à la structure spécifique qui se compose d’une électrode de grille et de drain en aluminium. Un ajustement de la couleur dans toute la gamme du visible a pu être effectué juste en changeant l’épaisseur de la couche émissive. Par conséquent des modélisations optiques ont été entreprises pour comprendre le phénomène. D’autre études ont été menées pour améliorer la densité de courant des OLETs. Le dopage moléculaire et le dépôt sur un substrat à la température contrôlée sont deux techniques utilisées. Bien que les effets sur le courant soient positifs, l’émission des dispositifs n’est pas améliorée. En parallèle l’intégration de matériaux qui sont bons milieux à gain pour laser a été tenté. Elle a permis la mise au point réussi d’un OLET utilisant un milieu matrice-invité.

The organic light-emitting transistor (OLET) has attracted extensive attention from organic electronics research community. Its specificity is the combination of the electronic properties of the field-effect transistor with the light-emitting properties of the light-emitting diodes. Thus, it promises a major step forward to the simplification of circuit engineering in display technologies. The performances shown by OLETs make them potential candidates of the electrically pumped organic laser that still remains as a major challenge. It is in this context that this work of Ph.D. focused on the study of the structure of OLETs and their interfaces. As a first step, a viable architecture with reproducible performances was established through the investigations of different structures and materials. Optimisation on this structure was then carried out by integrating interfacial layers. The roles of hole blocking molecules were compared decoupling electron injection and hole blocking efficacies. OLETs with operating voltage as low as 5 V have been achieved. Cavity effect was observed in these OLETs, thanks to the specific structure where gate and drain both are composed of Al metal. Colour tuning in all visible light was realized simply by changing the emissive layer thickness. Subsequently, optical simulations were carried out to explain these phenomena. Further studies were carried out to enhance the current densities of our OLETs. Molecular doping and substrate temperature-controlled deposition were the two approaches explored. Although higher current densities were obtained, optical performances were not improved. In parallel, the integration of better gain-medium materials for lasing emission was attempted, in which a guest-host system was successfully developed.