Zone de caractérisation
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Contact : Sadiara FALL
Cet équipement a été cofinancé par ICube et l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS).
Transistors organiques à effet de champ (OFETs pour "Organic Field Effect Transistors")
La mesure des caractéristiques de sortie et de transfert des transistors organiques à effet de champ est réalisée sous atmosphère inerte. Plusieurs configurations sont disponibles (Fig. 1) :
- contact en bas/grille en haut ou "bottom contact/top gate" (a)
- contact en bas/grille en bas ou "bottom contact/bottom gate" (b)
- contact en haut/grille en bas ou "top contact/bottom gate" (c)
Fig. 1 : Schéma des différentes configurations possibles pour les OFETs
Les dimensions du canal du transistor sont variables et dépendent de la configuration choisie. Le canal est constitué soit d’un seul composant (donneur ou accepteur d’électrons) de la couche active d’une cellule photovoltaïque (Fig. 2), soit d’un mélange donneur/accepteur d’électrons. Les caractéristiques de transfert mesurées à l’aide d’un analyseur Keithley 4200 SCS (Fig. 3) permettent d’estimer la mobilité des porteurs de charges en utilisant le formalisme habituel des OFETs.
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| Fig. 2 : Vue au microscope optique du canal d'un OFET en configuration "bottom contact/bottom gate". Ce canal est constitué d'une petite molécule semi-conductrice | Fig. 3 : Caractéristiques de sortie d'un OFET : Ids est le courant drain-source, Vds la tension drain-source et Vg la tension de grille |
Les OFETs ont différentes applications, dont les capteurs chimiques.
Dispositifs à courant limité par la charge d’espace (SCLC pour "Space Charge Limited Current")
La mesure des caractéristiques I(V) d’une diode à un seul type de porteurs permet de remonter à la mobilité des porteurs de charges si le courant est limité par la charge d’espace. Un dispositif SCLC est donc une couche de semi-conducteur prise en sandwich entre deux électrodes dont le travail d’extraction est choisi pour injecter uniquement des électrons ou uniquement des trous. Le choix de ces électrodes dépend des niveaux énergétiques frontières du semi-conducteur organique étudié (Fig. 4). Plusieurs épaisseurs de dispositif sont nécessaires pour s’assurer que le courant est bien limité par la charge d’espace et non par l’injection des porteurs (même dépendance : I proportionnel à V2 dans les deux cas). Les mesures I(V) (Fig. 5) sont effectuées en atmosphère contrôlée et l’épaisseur de la couche active est déterminée par profilométrie.
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| Fig. 4 : Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous. HOMO ("Highest Occupied Molecular Orbital") et LUMO ("Lowest Unoccupied Molecular Orbital") sont les orbitales frontières de la petite molécule ou du polymère semi-conducteur | Fig. 5 : Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC dont la couche active (deux épaisseurs différentes) est constituée d’une petite molécule semi-conductrice. Le régime ohmique (I proportionnel à V) est observé aux faibles tensions et le régime SCLC (I proportionnel à V2) aux tensions supérieures à 0,1 V |