Cette thèse porte sur l’étude d’un diélectrique de type ferroélectrique pour une application aux transistors organiques. La configuration adoptée est de type Bottom-Gate Top-Contact. Le matériau semiconducteur utilisé est un transporteur d’électrons.
Dans la première partie de ce projet, nous avons réalisé des transistors organiques à effet de champ (OFETs) avec une couche de PMMA comme diélectrique de grille. Ce matériau, très étudié et connu, permet d’avoir un composant qui sert de référence. Nous avons également mené une étude sur la longueur de canal, la vitesse de dépôt du semiconducteur organique et l’épaisseur du diélectrique en vue d’en déduire l’influence de ces grandeurs sur les performances électriques des OFETs. Après l’optimisation de ces paramètres, nous avons démontré une amélioration de la mobilité des porteurs, une augmentation du rapport de courant on/off, une amélioration de la capacité et une diminution des tensions d’alimentations et de seuil. Ces résultats ont été interprétés à l’aide de caractérisations électriques.
Dans un second temps, le diélectrique ferroélectrique Poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) a été ajouté au composant afin de réaliser une structure bicouche de diélectrique avec le PMMA. Cette dernière permet de combiner les avantages de la haute permittivité relative du P(VDF-TrFE) et de la faible rugosité du film de PMMA en contact avec le semiconducteur. Une étude comparative a été effectuée avec les transistors de référence. Il en ressort, pour une épaisseur identique de diélectrique, une diminution des tensions d’alimentations et de seuil et une amélioration de la mobilité des charges avec l’OFET implémentant le matériau ferroélectrique. La discussion de ces résultats est appuyée par des caractérisations électriques et morphologiques.
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This thesis deals with the study of a ferroelectric material as gate dielectric for organic transistor applications. The configuration adopted is Bottom-Gate Top-Contact. The semiconductor used is an electron transport material.
In a first part, we made organic field effect transistors (OFETs) with a layer of PMMA as a gate dielectric. This material, very studied and well known, serves as reference. We also carried out a study on the channel length, the organic semiconductor deposition rate and dielectric thickness in order to deduce the impact of these parameters on OFETs performances. After optimization, we have demonstrated an improvement of the mobility, on/off current ratio, capacitance and a reduction of supply and threshold voltages. These results have been interpreted using electrical characterizations.
In a second step, the poly (vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P (VDF-TrFE)) ferroelectric material was added to provide a two-layer dielectric structure with PMMA. This OFET combine the advantages of high permittivity of P(VDF-TrFE) and low roughness of PMMA. A comparative study was carried out with reference transistors. For same dielectric thickness, a reduction of the supply and threshold voltages and an improvement of the mobility is obtained for the OFET implementing ferroelectric material. The discussion of these results is supported by electrical and morphological characterizations.
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