L’utilisation de Transistors à Effet de Champ Organiques (OFETs) est de plus en plus attractive du fait de la possibilité de production de composants plus légers, fabriqués à un moindre coût et sur des substrats flexibles. Le fait de pouvoir coupler une fonction émission de lumière à une fonction transistor rend son utilisation d’autant plus intéressante. Cela représente notamment un fort avantage dans les applications d’affichage pour la réalisation de pixels avec une technologie de matrice active à diodes électroluminescentes organiques (AMOLED). Le fait d’avoir un OFET électroluminescent permet de combiner un OFET avec une diode électroluminescente organique (OLED) et ainsi simplifier la conception, les étapes de fabrication ainsi que d’augmenter la durée de vie des pixels.
Dans cette thèse, plusieurs pistes ont été explorées pour fabriquer des OFETs émetteurs de lumière. Une première piste à consister en l’étude d’OFETs ambipolaires à base de N,N’-ditridecyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI-C13), un semi-conducteur de type-n, et de pentacène, un semi-conducteur de type-p¬, ce qui constitue une première étape à l’obtention d’OFET électroluminescent. La fabrication et la caractérisation de ces OFETs ambipolaires ont été faite ce qui constitue une première dans l’équipe de recherche du laboratoire et une étude de la structure a été menée pour trouver les paramètres idéaux à l’obtention d’un transport de charges équilibré. La structure optimisée est une structure bicouche avec une épaisseur de pentacène de 8 nm et une épaisseur de PTCDI-C13 de 20 nm. L’ajout d’une couche émettrice entre les deux semi-conducteurs n’a pas permis d’obtenir une émission de lumière du fait de piégeage de charges trop important mais ce travail ouvre la voie à de futurs travaux en ce sens.
La deuxième piste s’est voulue plus innovante en changeant la structure des transistors organiques classiques pour une structure verticale. Cette structure présente l’avantage de pouvoir intégrer facilement une structure OLED et d’avoir une émission de lumière homogène sur une grande surface. Le principe de fonctionnement est totalement différent des OFETs classiques, ici la modulation du courant ne se fait plus par un contrôle de la conductivité dans un canal semi-conducteur mais par un contrôle de l’injection de charges au niveau de l’électrode source. L’étude de cette structure a permis l’obtention de transistors organiques lumineux d’une part et l’étude des mécanismes d’injection afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces transistors d’autre part. Plusieurs matériaux ont été testés en tant qu’électrode source : l’or, l’argent, l’aluminium et l’ITO (Indium Tin Oxyde). Cela nous a permis de déterminer le mécanisme d’injection mise en jeu, à savoir un contrôle de l’injection de charges par la modulation de l'effet tunnel grâce à la courbure de bande induite par l'effet de grille dans la couche semi-conductrice proche de l'interface. L’importance de l’interface électrode source/semi-conducteur a également été mise en lumière puisqu’une mauvaise qualité d’interface entraîne une diminution drastique des performances. |
The use of Organic Field Effect Transistors (OFETs) is increasingly attractive due to the possibility of producing lighter components, manufactured at lower cost and on flexible substrates. Being able to couple a light emission function to a transistor function makes its use all the more interesting. This is particularly a strong advantage in display applications for the realization of pixels with an active matrix technology of organic light-emitting diodes (AMOLED). Having a light-emitting OFET makes it possible to combine an OFET with an organic light-emitting diode (OLED) and thus simplify the design, manufacturing steps as well as increase the lifespan of the pixels.
In this thesis, several ways were explored to fabricate light-emitting OFETs. A first way consist of the study of ambipolar OFETs based on N, N'-ditridecyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI-C13), an n-type semiconductor, and pentacene, a p¬ type semiconductor, which constitutes a first step in obtaining electroluminescent OFETs. The fabrication and characterization of these ambipolar OFETs have been done, which constitutes a first in the laboratory's research team and a study of the structure has been carried out to find the ideal parameters to obtain a balanced load transport. The optimized structure is a bilayer structure with a pentacene thickness of 8 nm and a PTCDI-C13 thickness of 20 nm. The addition of an emitting layer between the two semiconductors did not make it possible to obtain light emission due to excessive charge trapping, but this work paves the way for future work in this direction.
The second way was intended to be more innovative by changing the structure of classic organic transistors for a vertical structure. This structure has the advantage of being able to easily integrate an OLED structure and to have a homogeneous light emission over a large area. The operating principle is totally different from conventional OFETs, here the current modulation is no longer done by controlling the conductivity in a semiconductor channel but by controlling the injection of charges at the source electrode. The study of this structure has made it possible to obtain light organic transistors on the one hand and the study of injection mechanisms in order to better understand the functioning of these transistors on the other hand. Several materials have been tested as the source electrode: gold, silver, aluminum and ITO (Indium Tin Oxide). This allowed us to determine the injection mechanism involved, namely a control of the injection of charges by the modulation of the tunnel effect thanks to the band bending induced by the gate effect in the semiconductor layer close to the interface. The importance of the source electrode/semiconductor interface was also highlighted as poor interface quality results in drastic performance degradation. |